
- •Структура и функции иммунной системы Основные представления
- •Глава 2
- • Кроветворный костный мозг — место обитания стволовых кроветворных клеток (скк). Инкапсулированные органы: тимус, селезёнка, лимфатические узлы, печень. Неинкапсулированная лимфоидная ткань.
- •Лимфатический узел состоит из коркового и мозгового вещества.
- • Clinh (c1–inhibitor) — ингибитор компонента c1.
- • Cd59 — мембраный белок, препятствующий вызванному комплементом лизису собственных клеток. Подробная характеристика белков комплемента приведена в табл. 3.3.
- •4.8. Стадии лимфопоэза b–лимфоцитов
- •В кратком виде этапы дифференцировки t–лимфоцитов в тимусе приведены в табл. 5.2. Дифференцировка t–лимфоцитов в тимусе продолжается около 3 нед.
- •5.7. Механизмы образования комплексов «пептид–антиген» с молекулами главного комплекса гистосовместимости
- •Параметры вторичного ответа по b–лимфоцитам в сравнении с первичным иммунным ответом приведены в табл. 7.1.
- •Существует классификация цитокинов по структурному принципу. Она проста по форме, трудно применима по смыслу, но несёт в себе конкретную морфологическую информацию (табл. 7.7).
- •Приведём данные о биологических эффектах в разных клетках–мишенях наиболее охарактеризованных цитокинов t–лимфоцитов (табл. 7.8).
- • Схххс (или схзс) — содержат два остатка цистеина, разделённых какими–либо 3 ак–остатками;
- •7.3.4. Взаимодействие t– и b–лимфоцитов Суммируем отдельные факты т–b–взаимодействия.
- •7.5.1. История вопроса. Определения
- • Одновременно активированные лимфоциты неантиген–специфичных клонов быстро погибают по механизму апоптоза. Это — феномен индуцированной активацией клеточной смерти.
- •На организацию сигнала на апоптоз для клетки–мишени цтл требуется не более 5 мин, после чего он физически переходит к другой клетке–мишени, т.Е. Цтл является серийным киллером.
- •8.2.2. Другие механизмы лимфоцитарной цитотоксичности
- •Часть II. Иммунная система и патология
- •Проявления иммунодепрессии начинаются задолго до клинической манифестации индикаторных болезней. Механизмы иммунодепрессии следующие.
- •На уровне макрофагов.
- •Вирус гепатита с
- • Гаптены
- • Полисахариды
- •14.3. Замедленные реакции гиперчувствительности
- •14.11. Аллергические и неаллергические реакции на медикаменты
В кратком виде этапы дифференцировки t–лимфоцитов в тимусе приведены в табл. 5.2. Дифференцировка t–лимфоцитов в тимусе продолжается около 3 нед.
Таблица 5.2. Этапы дифференцировки T–лимфоцитов в тимусе
Анатомическая зона в тимусе |
Мембранный фенотип тимоцитов и их клеточное окружение |
Основные процессы, происходящие с тимоцитами |
Кора периферической зоны |
CD3–/CD4–/CD8– Эпителиальные клетки коры |
Интенсивная пролиферация (митозы) дважды негативных клеток–предшественниц |
|
TCR– Эпителиалъные клетки коры; дендритные клетки |
Экспрессия
|
Глубокие слои коры |
TCR– Эпителиальные клетки; дендритные клетки; макрофаги |
Дважды
позитивные (CD4+
и CD8+)
тимоциты с экспрессированной |
Граница коркового и мозгового вещества |
TCR– Эпителиальные клетки; дендритные клетки; макрофаги |
Дважды
позитивные тимоциты с полноценным
|
Мозговое вещество |
TCR– Эпителиальные клетки мозговой зоны |
Однопозитивные (либо CD4+, либо CD8+) зрелые неиммунные T–лимфоциты |
Рассмотрим некоторые подробности дифференцировки T–лимфоцитов в тимусе.
T
и T
происходят из общей клетки–предшественницы.
В развивающемся тимоците практически
одновременно начинается перестройка
генов ,
и –цепей.
Если обе
и –цепи
успеют перестроиться «in–frame»
(т.е. получится такая ДНК, с которой
возможна транскрипция РНК), то лимфоцит
будет T
.
Но если первой успеет перестроиться
–цепь
и экспрессироваться на мембране в паре
с pT,
то это становится сигналом к запрету
на продолжение перестройки генов
и ,
а также сигналом к пролиферации клетки,
экспрессии корецепторных молекул CD4
и CD8
и чуть позже к перестройке генов и
экспрессии –цепи.
При перестройке генов –цепи
происходит необратимая делеция –локуса,
который расположен внутри генов –цепи.
Непродуктивная с первой попытки
перестройка генов –цепи
не означает, что тимоцит обречен на
гибель. Структура генов –цепи
(см. рис. 5.2) позволяет предпринять ещё
одну попытку, и продуктивность перестройки
генов –цепи
превышает 80%.
Вероятный
лиганд для комплекса pT–
на мембране тимоцитов — молекула
CD81,
экспрессированная на эпителиальных
клетках стромы тимуса.
Перестройка
генов –цепи
происходит неоднократно, пока не
получится продуктивный вариант, причём
без аллельного исключения (т.е. параллельно
на обеих гомологичных хромосомах). До
этапа позитивной селекции на тимоцитах
могут быть экспрессированы два варианта
TCR
с одинаковыми ,
но разными –цепями.
Позитивная селекция оставит единственный
вариант Рц, но иногда может быть и не
единственный.
Позитивная селекция на удовлетворительное связывание с комплексами своих пептидов со своими молекулами MHC происходит на стадии развития тимоцитов с низкой плотностью экспрессии TCR и совместной экспрессией корецепторов CD4 и CD8. Клетки–партнёры тимоцитов в данном процессе, клетки–носители молекул MHC — это эпителиальные клетки стромы коры тимуса. Эпителиальные клетки тимуса продуцируют такие цитокины, как интерлейкины 1, 3, 6 и 7, LIF, GM–CSF. Они же, эпителиальные клетки тимуса, являются продуцентами внутритимического стероидного гормона, а именно прегненолона, участие которого необходимо в регуляции экспрессии генов в дифференцирующихся тимоцитах, в том числе в индукции апоптоза тимоцитов при позитивной и негативной селекции. (В эксперименте, если мыши ввести фармакологические дозы глюкокортикоидных гормонов, то за несколько часов произойдет «глюкокортикоидная тимэктомия» — более 99% тимоцитов погибнет апоптозом, от органа останется небольшая «плёночка», содержащая немного стероидрезистентных T–лимфоцитов).
В качестве
примера экспериментов, ставших источником
этих знаний, приведём опыты с мышами —
радиационными костномозговыми химерами.
Если летально облученным реципиентам
одной из родительских линий, например
гаплотипа MHCA,
трансплантировать клетки костного
мозга интактных доноров-гибридов MHCАB,
то дифференцированные в тимусе реципиента
(MHCA)
T–лимфоциты будут способны распознавать
Аг только в комплексе с молекулами MHCA,
но не MHCB.
«Профессиональные» АПК периферии — это клетки костномозгового происхождения, а именно дендритные клетки, B–лимфоциты и моноциты/макрофаги. Это поможет понять результаты следующего опыта. Если летально облученным мышам–реципиентам гаплотипа MHCВ трансплантировать костный мозг от доноров гаплотипа MHCA, то дифференцирующиеся в организме (в тимусе) реципиента T–лимфоциты оказываются неспособными развивать иммунный ответ в периферической лимфоидной ткани. В тимусе их «отобрали» на распознавание MHCВ, а представляют Аг им в организме АПК генотипа MHCA, т.е. «своего родного» для T–лимфоцитов, но они его «не приучены» распознавать: иммунорецепторы вообще распознают не «своё» и «чужое». Что будут, а что не будут распознавать антигенраспознающие Рц лимфоцитов, обусловлено не столько генетической программой, сколько конкретными ситуациями, возникающими в процессе онтогенеза.
Описанный выше эксперимент показывает, почему при трансплантации костного мозга у людей с лечебной целью строго необходимо совпадение по MHC: не столько для избежания отторжения трансплантата реципиентом, сколько для обеспечения возможности дифференцировки иммунокомпетентных T–лимфоцитов из стволовых клеток костного мозга донора в тимусе реципиента.
У мышей, трансгенных по перестроенному гену TCR, распознающему пептид в комплексе с MHC–I, все T–лимфоциты будут нести только этот трансгенный Рц и все T–лимфоциты в организме будут только CD8+. Если трансгенный TCR комплементарен Аг в комплексе с MHC–II, то все T–лимфоциты в организме такой мыши будут только CD4+.
Та же закономерная зависимость распознавательной ориентировки TCR либо на MHC–I, либо на MHC–II и экспрессии на зрелом лимфоците соответственно или CD8, или CD4 проявляется у людей с наследственным иммунодефицитным синдромом «голых лимфоцитов». Есть варианты этого синдрома, когда генетический дефект проявляется в отсутствие экспрессии на эпителиальных клетках тимуса и на лейкоцитах молекул MHC–I. У таких пациентов не обнаруживают CD8+ T–лимфоцитов. При вариантах синдрома с отсутствием экспрессии на клетках MHC–II у больных в периферических лимфоидных органах нет T–лимфоцитов CD4+.
Корреляция
экспрессии TCR
с молекулами CD8
и CD4
в описанном варианте сильная, но не
абсолютная. В организме есть и иные
субпопуляции T–лимфоцитов, например
TCR/CD4–/CD8–,
TCR/CD8
(молекула CD8
состоит из двух одинаковых –цепей,
т.е. гомодимер, а не гетеродимер из одной
–
и одной –цепи,
как в «классическом» варианте молекулы
CD8).
Кстати, T–лимфоциты именно с таким
фенотипом мембраны являются преобладающей
субпопуляцией среди внутриэпителиальных
лимфоцитов слизистой оболочки ЖКТ. Не
зависит от CD4
и CD8
и экспрессия TCR.
T–лимфоциты,
экспрессирующие CD4,
и T–лимфоциты, экспрессирующие CD8,
предназначены для выполнения разных
функций в предстоящих
иммунных ответах. Но во всех случаях
независимости TCR
от CD4
или CD8
лимфоциты с такими TCR
распознают Аг независимо от MHC–I/II.
Правда, это не означает (по крайней мере
не всегда очевидно) независимость
распознавания Аг от других молекул,
способных представлять Аг, но не
являющихся ни MHC–I,
ни MHC–II. Примером таких антигенпредставляющих
молекул является CD1.
Если молекулы MHC–I
и II
«работают» (т.е. формируют комплексы)
исключительно с пептидными Аг, то
«неклассические молекулы MHC»
специализируются на комплек-сообразовании
с Аг другой химической природы —
небелковой (углеводными, липидными,
фосфатсодержащими). С молекулами кластера
CD1
взаимодействуют особые субпопуляции
зрелых T–лимфоцитов, а именно «дважды
негативные» TCR+/CD3+/CD4–/CD8–
и особая субпопуляция TCR+/CD3+/CD8+.
Процессы
негативной селекции тимоцитов идут при
взаимодействии их с профессиональными
АПК — дендритными и макрофагами, что
иллюстрируют эксперименты с костномозговыми
радиационными химерами мышей. Если
реципиентов любой из родительских линий
(MHCA
или MHCB)
летально облучить и трансплантировать
им костный мозг от гибридов MHCАB,
то в тимусе таких мышей будут развиваться
T–лимфоциты, не отторгающие кожный
лоскут ни от донора MHCA,
ни от донора MHCB,
т.е. развивается толерантность к Аг как
реципиента, так и донора, которые в
тимусе могут быть представлены только
на тимоцитах, дендритных клетках и
макрофагах. При некоторых комбинациях
линий мышей в таких экспериментах кожный
трансплантат, однако, отторгается. Это
объясняют тем, что для отторжения ткани
существенны и неглавные
Аг гистосовместимости
(англ. minor
histocompatibility
antigens),
которые в данном случае присутствуют
в ткани донорской кожи, но не присутствуют
на донорских АПК в тимусе и на уровне
дифференцировки лимфоцитов в тимусе
толерантность к ним не возникает.
Неглавные Аг гистосовместимости при
отторжении трансплантатов у людей
иногда имеют большее значение, чем Аг
главного комплекса гистосовместимости,
что будет проиллюстрировано в
соответствующем разделе.
Созревшие в тимусе T–лимфоциты мигрируют в T–зоны периферических лимфоидных органов. Путей выхода тимоцитов из тимуса на основании гистологических наблюдений можно предполагать три: а) свободный — через эфферентный лимфатический сосуд в кортико-медуллярной зоне; б) путём экстравазации через стенку посткапиллярных венул с высоким эндотелием там же в кортико-медуллярной зоне; в) путём экстравазации через стенку капилляров в русле транскапсулярных артерий.
Базовым
свойством лимфоцитов является
самораспознавание в
смысле распознавания клеток своего
организма. Теперь это можно понять
несколько лучше: дифференцировка и
отбор антигенраспознающих
Рц T–лимфоцитов в тимусе идут при
взаимодействии (комплементарном
связывании) исключительно с эндогенными,
т.е. со своими молекулами
MHC в комплексе со своими,
но разнообразными
пептидами. Приведём совпадающее с нашим
мнение авторитетного экспериментатора
и теоретика Ч. Джейнвэя
и его коллег. Опыты на мышах, трансгенных
по гену –цепи
TCR,
а также с нокаутом по определённому
гену MHC (Н–2Ма)
в разных аранжировках привели этих
авторов к заключению (гипотезе, но
обоснованной), что не только в тимусе в
процессе лимфопоэза идёт отбор
T–лимфоцитов на способность правильно
связывать своим TCR
комплексы «свои пептиды — MHC», но и
на периферии жизнеспособность T–лимфоцитов
в течение длительного времени
поддерживается сигналами
на выживание от тех
же комплексов «свои
пептиды — MHC», экспрессированных на
дендритных клетках в T–зависимых зонах
периферических лимфоидных органов. В
отсутствие такого сигнала T–лимфоцит
быстро погибает. Более того, такой свой
сигнал поддерживает
некий «базальный» уровень активации
и, возможно, пролиферации жизнеспособных
T–лимфоцитов на периферии в течение
всей жизни организма. Но эта пролиферация
отличается от экспансии клона лимфоцитов
в процессе развития активного продуктивного
иммунного ответа на Аг, подлежащий
элиминации из организма. Пролиферация
по сигналу от своего
в норме не сопряжена
с синтезами и секрецией активных
цитокинов T–лимфоцитов и индукцией
иммунного воспаления. Таким образом
можно объяснить и понять то реально
существующее явление, что после 15-летнего
возраста, когда T–лимфопоэз в тимусе
существенно угасает, тем не менее в
течение всей взрослой жизни в организме
есть, причём достаточно постоянное (не
снижающееся прогредиентно с возрастом)
количество периферических T–лимфоцитов.
Репертуар распознающих Рц периферических T–лимфоцитов зависит от MHC организма. Исходная биологическая комплементарностъ Рц T–лимфоцитов рассчитана именно на молекулы MHC всех клеток собственного организма.
В
функциональном отношении зрелые
неиммунные T–лимфоциты,
выходящие из тимуса, представлены двумя
основными субпопуляциями: одна из них
несет на мембране молекулу CD8,
вторая — CD4.
CD8+
T–лимфоциты дифференцированы для
выполнения функций цитотоксических
T–лимфоцитов (ЦТЛ).
ЦТЛ сами непосредственно, своим «клеточным
телом» (их называют «перфорин–гранзимовыми
киллерами»), убивают клетки (поэтому
«ц» — от цито-), на мембране которых они
распознали Аг. CD4+
T–лимфоциты дифференцированы в
потенциальных продуцентов
цитокинов — секретируемых
из клетки биологически активных молекул,
предназначенных для взаимодействия и
вовлечения в процесс других клеток–партнёров
по иммунному ответу. CD4+
T–лимфоциты около 30 лет назад назвали
лимфоцитами–хелперами (helper —
помощник), поскольку эксперименты
свидетельствовали, что B–лимфоциты
не способны продуцировать АТ без
помощи T–лимфоцитов,
хотя сами T–лимфоциты не синтезируют
иммуноглобулины, но B–лимфоциты
без участия T–лимфоцитов
их тоже не синтезируют либо совсем, либо
синтезируют иммуноглобулины только
класса М. За CD4+
T–лимфоцитами закрепилась аббревиатура
Th
(от T–helper).
Однако впоследствии среди Т4–лимфоцитов
обнаружены и перфорин–гранзимовые
ЦТЛ.
Определённое разнообразие дифференцировки CD4+ T–лимфоцитов в процессе развития иммунного ответа называют иммунным отклонением — отклонением иммунного ответа в сторону той или иной функциональной субпопуляции. В генетически здоровом организме отклонение иммунного ответа зависит от внешних факторов: в первую очередь химических качеств Аг, его дозы, пути попадания во внутреннюю среду, сопутствующих факторов типа адъювантов или инфекций, кратности иммунизации и т.д.
Хотя опухоли — образования патологические, но они позволяют составить представление о нормальных субпопуляциях клеток той или иной ткани. В клинике известны нозологические единицы опухолей из клеток тимуса (табл. 5.3).
Таблица 5.3. Опухоли тимуса: из T–лимфоцитов и АПК
Болезнь |
Тип клеток |
Маркёры на мембране |
Локализация |
Острый лимфо-бластный лейкоз |
Ранний предшественник лимфоцитов |
CD10; CD19; CD20 |
Тимус, кровь, костный мозг |
Тимома |
Эпителиальные клетки стромы тимуса |
Цитокератины |
Тимус |
Острый лимфо-бластный T–лейкоз |
Тимоциты |
CD1 |
Тимус, кровь |
Синдром Сезари*; T–лейкоз взрослых (HTL V–1); mycosis fungoides; Хронический T–лейкоз |
Та или иная субпопуляция зрелых T–лимфоцитов*** |
CD3+/TCR; CD4 или CD8 |
Периферические лимфоидные органы, кровь |
Болезнь Ходжкина** |
АПК (моноциты) |
CD30 |
Периферические ткани |
* Синдром Сезари называют ещё эксфолиативным дерматитом. Он характеризуется сильным зудом, инфильтрацией кожи атипичными мононуклеарными клетками, алопецией, отёком, изменённой пигментацией кожи, изменениями ногтей.
** Болезнь Ходжкина разнообразна по клиническим формам. В основе патогенеза — опухолевая трансформация АПК, вероятнее всего, моноцитов. Но опухолевые АПК стимулируют пролиферацию T–лимфоцитов, и их количество может существенно превосходить нормальные показатели в крови и в тканях. Поэтому болезнь называют лимфомой Ходжкина. В некоторых случаях лимфо-пролиферация отсутствует. Пролиферируют ретикулярные стромальные клетки, и клинически эту форму идентифицируют как узелковый склероз (nodular sclerosis). Прогноз более благоприятен при лимфоме Ходжкина, чем при узелковом склерозе.
***Клональность лимфомы диагностируют анализом генов TCR в опухолевых клетках. Если планируют аутотрансплантацию костного мозга после радио- или химиотерапии, то методом ПЦР важно показать отсутствие генов TCR опухолевого клона в ткани костного мозга.
5.6. Главный комплекс гистосовместимости
«Главный комплекс гистосовместимости» (Major Histocompatibility Complex — MHC) — одно из трудных понятий для начинающих изучать иммунологию. Главная причина этого — оторванность названия от природного предназначения. Эта оторванность объясняется историей развития наших знаний о MHC. Так сложилось, что сначала MHC был выявлен в сугубо искусственной модели трансплантации тканей и органов одного организма во внутреннюю среду другого как некий значительный по размеру комплекс генов, от которых больше, чем от других, зависит скорость отторжения трансплантата. Но поскольку в естественной природе нет процессов трансплантации тканей отдельных особей во внутреннюю среду других особей, много лет имело место молчаливое недоумение — зачем нужны эти гены и продукты, которые они кодируют, организмам, которым не пересаживают и никогда не будут пересаживать чужие органы? Это недоумение разрешили Р. Цинкернагель и П. Дохерти, открывшие в 1973–1974 гг. природные функции белков MHC — представлять для распознавания пептидные Аг для T–лимфоцитов.
Гены MHC были открыты и был введён этот термин в работах 40-х годов в лаборатории, а затем институте Джорджа Снелла — знаменитого иммуногенетика. Иммуногенетики затратили много труда на выведение инбредных линий мышей и подтвердили основные законы трансплантации. Главный закон трансплантации, состоящий в том, что природа не рассчитана на смешение органов уже рожденных особей и пересаженные органы от другого организма в норме всегда отторгаются, люди знали, судя по всему, всегда, сколько существует человеческая культура. Давно знали, что пересадки тканей своего организма в пределах своего организма возможны: пластические операции с аутотрансплантацией описывали средневековые хирурги.
Применительно к генетическим отношениям доноров и реципиентов используют следующие термины:
аутологичный —
свой собственный;
сингенный
(или изогенный) — полностью генетически
идентичный организм (трансплантат).
Сингенны мыши одного пола одной инбредной
линии. Сингенны однояйцевые близнецы;
аллогенный —
другой организм в пределах одного вида.
Аллогенны мыши разных инбредных линий;
конгенный —
организм, отличающийся от другого одним
(в идеале) геном при одинаковости всех
других;
ксеногенный —
организм другого биологического вида.
«Мышиные» иммуногенетики 60-х годов XX в., изучавшие главный комплекс гистосовместимости, несколько иными словами сформулировали те же законы трансплантации, которые в 1912 г. описал Георг Шёне в своей книге «Гетеропластическая и гомопластическая трансплантация»:
аллогенные
и ксеногенные трансплантаты всегда
отторгаются;
аутологичные
и сингенные трансплантаты приживаются.
Гибриды
1–го поколения — F1
(P1P2)
не отторгают трансплантаты обеих
родительских линий (P1,
P2),
но каждая из родительских линий отторгает
трансплантат от гибрида (это свидетельствует
о кодоминантности в гибридах экспрессии
генов, кодирующих продукты, которые
являются мишенью отторжения).
Кодоминантность означает, что
экспрессируются аллели обеих гомологичных
хромосом (т.е. от каждого из родителей):
ААBB
AB
50%
потомства от обратного скрещивания
(F1P1/2)
быстро отторгают трансплантат от второй
родительской линии (в случае трансплантации
кожного лоскута быстрое отторжение
наступает на 8-е сутки). Отсюда по законам
менделевской генетики следует, что
быстрое отторжение контролирует один
локус. Его-то Снелл и
назвал главным комплексом гистосовместимости
(MHC).
АBAA
AA,
AA,
AA, AB, AB
У мышей локус MHC сегрегируется вместе с геном, кодирующим некий Аг, выявляемый АТ на эритроцитах мышей. Этот Аг в то время называли «Аг–2». Локус, контролирующий гистосовместимость, обозначили Н–2 (Н — от Histocompatibility — гистосовместимость). Верхний буквенный индекс при Н–2 (Н–2а, H–2k, H–2d и т.д.) означает гаплотип данного локуса. У различных инбредных линий гаплотип Н–2 может быть разным или одинаковым.
Локус MHC
весьма значителен по размеру —
порядка 4106
пар нуклеотидов (это
2–3 сентиморгана), что соизмеримо с целым
геномом бактерии Escherichia
coli. Такое количество
ДНК у человека содержит около 100 генов.
Далеко не все из этих генов и их продуктов
описаны и идентифицированы. У мышей
выявлены 3 независимых локуса в комплексе
MHC — Н–2К, H–2D
и H–2L.
Позже между ними картировали локусы
I–A
и I–Е
(I
от immune response
genes —
гены иммунного ответа). В 60-х годах Барух
Бенацерраф и
др. в опытах на морских свинках установили,
что интенсивность продукции АТ к белковым
Аг контролируется аутосомными генами
из комплекса MHC. Аналогичное явление
ясно обнаруживалось и в опытах на мышах
разных инбредных линий.
Гомологичный комплекс локусов у человека идентифицировали уже другие исследователи (Жан Доссе и др.) и не в экспериментах по трансплантации, а в исследованиях реактивности АТ из крови людей, перенесших трансплантации, или многорожавших женщин с лейкоцитами из крови других людей. Поэтому комплекс обозначили HLA (от Human Leukocyte Antigen — антигены лейкоцитов человека). Первые 3 Аг, выявленные в этих серологических реакциях (и соответствующие гены), обозначили HLA–A, HLA–B, HLA–C. Следующий локус обнаружили не серологически, а по индукции пролиферации в смешанной культуре лимфоцитов донора и реципиента; его обозначили HLA–D. Следующий идентифицированный серологически локус был близко сцеплен с HLA–D, его обозначили HLA–DR (от D–related). Следующие два локуса обозначили соседними с R буквами P и Q — HLA–DP и HLA–DQ.
Позже, когда выяснили, какие именно белковые продукты кодируют разные структурные гены из комплекса MHC, комплекс разбили на два класса — I и II — MHC–I, MHC–II. К классу I у человека отнесли локусы HLA–A, HLA–B и HLA–C, к классу II — соответственно HLA–DR, HLA–DP и HLA–DQ. Схема расположения в геноме локусов комплекса MHC человека показана на рис. 5.5.
Рис. 5.6. Расположение генов MHC человека в хромосоме 6 (схема).
Продукты генов локусов MHC–I — мембранные белки, конститутивно экспрессированные на всех ядросодержащих клетках тела, кроме сперматозоидов, но в разных количествах на клетках различных гистотипов: больше всего этих молекул на лимфоцитах и лейкоцитах. MHC–II — тоже мембранные молекулы, но экспрессированы не на всех, а только на некоторых гистотипах клеток — на дендритных клетках, B–лимфоцитах, моноцитах/макрофагах, эндотелии сосудов. Первые 3 типа клеток относят к так называемым профессиональным АПК — это дендритные клетки, B–лимфоциты и макрофаги, поскольку на этих клетках, кроме молекул MHC–II и I, экспрессируются все необходимые корецепторные молекулы и цитокины, достаточные для активации T–лимфоцита к иммунному ответу (табл. 5.4).
Таблица 5.4. Относительные уровни экспрессии MHC–I и II на разных клетках
Клетки |
MHC–I |
MHC–II |
T–лимфоциты |
+++ |
+ (у человека) |
B–лимфоциты |
+++ |
+++ |
Дендритные клетки |
+++ |
+++ |
Макрофаги |
+++ |
+ |
Эпителий тимуса |
+ |
+++ |
Эндотелий |
+ |
+ |
Нейтрофилы |
+++ |
Нет |
Гепатоциты |
+ |
Нет |
Клетки почки |
+ |
Нет |
Нейроны мозга |
+ |
Нет |
Эритроциты |
Нет |
Нет |
Примечание. Количественная выраженность того или иного свойства представлена в условных знаках: «+» — немного; «++» — больше, чем «+"; «+++» — больше, чем «++».
Эндотелий тоже выполняет функции АПК, но особого предназначения. Вероятно (есть такие экспериментальные данные), экспрессия комплексов Аг–пептидов с MHC на клетках эндотелия является тем специфическим сигналом, который «заманивает» иммунные лимфоциты из циркулирующей крови в больное, поражённое патогеном место в тканях (обеспечивает антигенспецифичный хоминг).
Каждый
локус MHC–I
кодирует полипептидную цепь, обозначаемую
традиционно ,
с мол. массой около 44 тыс., примерно из
325 остатков АК. Цепь
имеет 3 внеклеточных домена (1,
2,
3),
трансмембранный участок и цитоплазматический
участок из 55 АК–остатков. С внеклеточными
–доменами
нековалентно ассоциирована лёгкая
полипептидная цепь с мол. массой 12 тыс.,
называемая 2–микроглобулином.
Микроглобулин 2
кодируется геном, не сцепленным с MHC.
Домены 1
и 2
формируют углубление (щель) размером
около 2,5 нм. Именно в этом углублении
располагается пептид–Аг, предназначенный
для распознавания T–лимфоцитами. Пептид
ни в коем случае не сорбируется на MHC
извне клетки, а конъюгирует с –цепью
нековалентными связями, но с достаточной
аффинностью (Kd
10–6
М) внутри клетки при
фолдинге (сворачивании, т.е. изменении
конформации MHC). Как и все трансмембранные
белки, MHC–I
гликозилированы; места гликозилирования
–цепи —
Asn
86, Asn
176, Asn
256.
MHC–I связывает пептиды длиной 8–10 АК–остатков, фиксируя пептид по обоим концам молекулы — С и N. Молекулы MHC разных аллельных вариантов связывают пептиды с определёнными остатками АК в так называемых якорных позициях: это C–концевой остаток и 2-й или 5-й остаток с N–конца. Важно, что каждый конкретный аллельный вариант молекулы MHC связывает пептиды с данными, а не другими якорными остатками АК. Другой аллельный вариант MHC имеет химическое сродство к иным якорным остаткам АК. Поэтому важно посчитать, сколько же вариантов MHC имеет каждый отдельный человек, так как только на те пептиды, которые способны связать MHC особи, данная особь потенциально способна развить защитный иммунный ответ. Если же некий Аг не связывается ни с одним вариантом MHC из тех, которыми располагает особь, то против этого Аг не будет иммунного ответа, организм беззащитен перед таким Аг. Отсюда понятно, что генетический контроль иммунного ответа сильно зависит не только от генов, специально экспрессирующихся в лимфоцитах и АПК, но и от генов, экспрессирующихся во всех клетках организма, — MHC. Исключение составляют безъядерные зрелые эритроциты и сперматозоиды:на них нет ни MHC–I,ни MHC–II.
Белки
MHC–II (класса II) —
мембранные молекулы — гетеродимеры
из двух трансмембранных гликопротеинов:
–цепь
(мол. масса 34 тыс.) и –цепь
(мол. масса 29 тыс.). Внеклеточная часть
каждой цепи имеет два домена.
Пептидсвязывающее углубление (щель)
формируют совместно 1-
и 1–домены,
в отличие от аналогичного углубления
в составе MHC–I
щель MHC–II открыта с
обеих сторон (рис. 5.7). Стереохимическая
открытость углубления MHC–II позволяет
связывать более длинные пептиды, чем в
случае MHC–I, —
до 30 остатков АК. Однако чаще всего из
комплексов с MHC–II удаётся диссоциировать
пептиды размером 13–17 остатков АК.
Якорные остатки для большинства изученных
аллельных вариантов MHC–II находятся в
позициях 1; 4; 6 и 9.
Рис.
5.7.
Структура
молекул
MHC–I
и
MHC–II
(схема). Молекулы MHC–I —
трансмембранные гетеродимеры: –цепь
большая, имеет три внеклеточных домена.
«Щель» для связывания пептидом формируют
два терминальных домена –цепи
(1
и 2).
–Цепь
малого размера, в мембрану не внедряется,
с –цепью
ассоциирована нековалентно и её называют
2–миκроиммуноглобулином.
Молекулы MHC–II также трансмембранные
гетеродимеры. Полипептидные цепи
и
равновелики, обе пенетрируют мембрану,
у обеих по два внеклеточных домена и
«щель» для связывания пептидов формируют
внешние домены обеих цепей. 1 —
пептид–Аг в комплексе с MHC–I;
2 — пептид–Аг в комплексе с MHC–II.