Генетика імунної відповіді та імуногенетика

 Імуногенетика, комплексна наукова дисципліна, що поєднує методи імунології, молекулярної біології і генетики для вивчення спадкових чинників імунітету, внутрівидової різноманітності і спадкоємства тканинних антигенів, генетичних і популяцій аспектів взаємин макро- і мікроорганізму і тканинній несумісності . Почало І. поклали роботи німецьких учених П. Ерліха і Ю. Моргенрота, що виявили на початку 20 ст групи крові у кіз, і відкриття К. Ландштейнером груп крові у людини. Термін «І.» запропонований американським ученим М. Ірвіном в 1930.

Індивідуальна і видова стійкість рослин і тварин до бактерійним і вірусним інфекціям забезпечується складною багатоступінчастою системою захисних сил організму. У боротьбі між захисними силами і інфекційними агентами «перевага» часто залишається на стороні останніх, оскільки мікроорганізми швидко розмножуються, утворюючи багатомільйонні популяції, в яких рано чи пізно виникають форми мутантів з агресивнішими властивостями, ніж у вихідного штаму. Ймовірно, як у відповідь захисний засіб на певному етапі еволюції хребетних тварин виникла система адаптивного імунітету (антітелообразованіє) — найбільш потужна лінія оборони організму, особливо при повторних контактах з інфекційними агентами. Здатність (або нездатність) виробляти антитіла — спадкову ознаку. Генетична регуляція біосинтезу антитіл має характерні особливості. Так, утворення одного поліпептидного ланцюга молекули антитіла контролюється двома різними генами . Один з них контролює утворення частини ланцюга, що бере участь в побудові активного центру ; будова цієї частини різна в антитіл різної специфічності. Інший ген контролює утворення частини ланцюга, будова якого однаково в антитіл, що відносяться до даного класу імуноглобулінів .

  Окрім групових антигенів, існують успадковані їх варіанти, специфічні для окремих типів кліток, наприклад для лейкоцитів. Відмінності в будові лейкоцитарних антигенів у донора і реципієнта — одна з причин несумісності при пересадці органів і тканин. Спадкові внутрівидові відмінності в будові багатьох білків сироватки крові ( альбумін, трансферріни і ін.) контролюються, як правило, алельними генами, причому частота кожній аллелі в популяції висока (20% і вище), що вказує на «тиск» природного відбору. Одне з найважливіших завдань І. — встановлення чинників, що обумовлюють поширення в популяціях нових аллелей. Таким чинником може служити схожість в будові антигенів у хвороботворних мікроорганізмів і макроорганізму. Тварини в нормі не виробляють антитіл до власних антигенів, тому схожість в антигенній будові між яким-небудь компонентом мікробної клітки і тією або іншою молекулою макроорганізму приведе до того, що останній не зможе синтезувати антитіла, що знешкоджують даний вигляд мікроба. У зв'язку з цим знижуються захисні сили макроорганізму. Тому відбір підхоплюватиме появу видозмінених молекул білків (або полісахаридів), підвищуючи тим самим імунну стійкість організму. Поширення в популяції нових аллелей може відбуватися також і в тих випадках, коли в результаті мутації відповідного гена молекула макроорганізму змінюється так, що ферментативні системи мікроба вже не можуть її використовувати як субстрат. Інколи для цього досить заміни однієї амінокислоти в поліпептидному ланцюзі, як це має місце в деяких форм мутантів гемоглобіну . Такі форми поширилися в районах земної кулі, де висока захворюваність малярією: носії гемоглобіну мутанта не хворіють на малярію, оскільки малярійний плазмодій нездібний використовувати його як субстрат. У ряді випадків поширюються мутації, які змінюють біохімію клітки або органу в цілому і тим самим порушують пристосованість паразита. Мабуть, існують та інші механізми спадкового імунітету, завдяки яким досягається спадкова гетерогенність вигляду-господаря, що перешкоджає поширенню паразитичного штаму мікроорганізму.

  Таким чином, міра природної стійкості до захворювання тварин даного вигляду визначається багатьма чинниками, сумарно відображаючи особливості конституції і тварини, і збудника захворювання. Тривимірна модель цих взаємин представлена на мал. , де показано, що відсоток особин, що вижили після інфекції, залежить як від спадкової стійкості організму до збудника захворювання, так і від вірулентності останнього.

  Спадкова стійкість до захворювань, як правило, специфічна, оскільки фізіологічні основи стійкості до різних захворювань зазвичай неоднакові. Так, африканська худоба зебу, що прекрасно переносить жару і стійкий до туберкульозу дуже чутливий до тріпаносомозу; лінія білих леггорнів, стійка до моноцитозу курнув, чутлива до курячого лейкозу; лінії мишей, стійкі до мишачого тифу, надзвичайно сприйнятливі до вірусу помилкового сказу. Зпрадавніх часів генетична стійкість окремих особин, порід, рас і так далі до захворювань служила передумовою для селекції . Так були виведені вівці породи ромні-марш, стійкі до тріхостронгилідам, раса кроликів стійка до міксоматозу, і медоносні бджоли, стійкі до американського гнильця. Природний відбір на стійкість існував і серед людей. Так, після відкриття Нового Світла виявилось, що індійці Північної Америки чутливіші до кору і вітряної віспи, чим європейці, для яких ці захворювання були звичні і легко переносими.

  В основі генетичної стійкості до захворювань лежать всілякі механізми, у тому числі і неімунологічні. Білі леггорни, наприклад, стійкі до білого проносу тому, що мають досконалішу терморегуляцію; стійкість худоби зебу до кліщових захворювань обумовлена товщою шкірою і особливостями шкірних виділень, які відлякують кліщів. Чутливість до віспи в осіб з групами крові А і AB пов'язана із спільністю антигена А людини і антигенів вірусу віспи. Тому особи з групами крові В і Про(Н) легше переносять віспу.

  Перенесення генетичних вистав в область імунології дозволило радянському ученому В. П. Ефроїмсону сформулювати еволюційно-генетичну концепцію імуногенезу, що пояснює внутрівидову антигенну різноманітність і гетерогенність антитіл по специфічності. Кожна здорова зріла в імунологічному відношенні особина здібна до імунної відповіді на тканинні антигени особини з іншим генотипом. Таким чином, тканинна несумісність — універсальна біологічна закономірність. Лише однояйцеві близнята і тварини одній чистій лінії не розділені бар'єром тканинної несумісності, вираженість якої залежить від міри відмінності генотипів донора і реципієнта. Для успішних пересадок органів і тканин, переливань крові і клітин кісткового мозку дуже поважно понизити до мінімуму величину цієї відмінності шляхом підбору сумісного донора. Вивчення клітинних антигенів, їх спадкоємства і різноманітності, їх виявлення— це ті розділи І., які особливо важливі для трансплантології, трансфузіології, імуногематології і клінічній імунології.

Система HLA кодує основні спадкові особливості імунної відповіді. Якщо раніше вважали, що ця інформація (гени імунної відповіді) тісно пов’язана лише з HLA-DR локусом, то зараз виявлено, що за силу і спрямованість імунної реакції відповідають структури HLA усіх трьох типів.

Антигени HLA відіграють ключову роль у процесі взаємодії клітин імунної системи – Т- і В-лімфоцитів різних субпопуляцій, антигенопрезентуючих клітин. Саме від генетично детермінованих особливостей HLA залежать особливості презентації як чужого, так і свого антигенного матеріалу і її результат – сила імунної відповіді чи формування толерантності. Антигени гістосумісності визначають процесинг антигенів, тобто особливості «вирізання» пептиду розміром у 10-20 амінокислот з антигенного комплексу, який може складатися із сотень амінокислотних залишків. Від вибору «місця вирізання» залежать особливості відповіді організму на бактерійну інфекцію, власні тканини, глистову інвазію тощо.

HLA І антигени відповідають за CD8-рестрикцію, обмежуючи активність Т-кілерів. HLA ІІ – за CD4-рестрикцію, тобто за особливості «зчитування» Т-хелпером інформації, представленої макрофагом.

Незважаючи на подібність антигенів HLA І та HLA ІІ між ними все ж існує певна різниця:

1.      Пептиди, які зв’язуються з HLA І класу, містять 8-10 амінокислот, з HLA ІІ – 9-25 амінокислот. Пептидозв’язувальна борозна молекули HLA ІІ відкрита з обох сторін і може фіксувати навіть пептид, розміри якого виходятьза межі борозни. Це створює додаткові можливості для зв’язування ширшого спектру пептидів, порівняно з І класом. Поліморфізм HLA є потужним механізмом природного відбору людини як біологічного виду і дозволяє активно протистояти міріадам мікроорганізмів, які постійно еволюціонують. Підтвердженням цього в історичному плані є майже повне вимирання цілих народів (наприклад, американських індіанців у період відкриття Америки і контакту їх зі значною кількістю нових патогенів), які мали низьку поліморфність HLA системи.

2.      Молекули HLA І класу синтезуються в цитозолі клітини, де залишаються аж до появи пептиду. Після зв’язування з пептидом відбувається звільнення молекул HLA і транспорт їх на поверхню клітини з допомогою недавно виявлених  і також кодованих HLA «пептидних насосів» ТАР (транспортери, асоційовані з антигенним процесингом). Обидва ланцюги HLA ІІ синтезуються в ендоплазматичному ретикулумі, звідки, після зв’язування з третім ланцюгом, транспортуються в ендоцитарний компартмент. Там вони або зв’язуються з пептидом або деградують у лізосомах.

Найпереконливішим підтвердженням залежності сили імунної відповіді від HLA є факт значного накопичення у генофонді населення Європи HLA-алелів (наприклад, HLA DR3, A1, B8), для яких характерна асоціація з високою активністю Т-хелперів, NK-клітин і фагоцитозу. Передбачення цього ще у 60-ті роки висловлював «батько» імуногенетики Ж. Доссе при аналізі результатів епідемії черевного тифу в Сурінамі, де серед європеоїдів, що вижили, були тільки HLA DR3, A1, B8-позитивні особи). У жителів Замбії, в генотипі яких був присутній HLA В53, виявили резистентність до малярії (антиген HLA В53 зв’язується з пептидом спорозоїдного білка збудника малярії).

Маючи на озброєнні можливість аналізувати як алелі HLA, так і амінокислотну послідовність антигенів основних збудників, сучасна імуногенетика може передбачати силу імунної відповіді конкретного організму на той чи інший патоген. Це створює принципово нові можливості для ефективної імунізації населення, виявляючи осіб, у яких щеплення класичними вакцинами буде принципово неефективним. У таких пацієнтів дієвими будуть лише вакцини, що діють, «обходячи» гени HLA.

HLA ІІІ гени, яким раніше відводили другорядну, обслуговуючу функцію, теж відіграють важливу роль у формуванні імунної відповіді. Кодовані ними транспортні білки забезпечують доставку антигену у презентуючу борозну HLA ІІ. З розладами їх функції пов’язані деякі імунодефіцитні захворювання, обумовлені неможливістю експресії HLA на імунокомпетентних клітинах. Доведено, що саме втрата здатності до експресії антигенів HLA є вирішальним фактором онкогенезу. Зараз у США розробляються тест-системи для прогнозування і діагностики пухлин на підставі оцінки рівня експресії HLA на поверхні клітин.

Дефект ТАР-системи (білки-транспортери, які забезпечують антигенний процесинг і кодуються в HLA ІІІ) є однією з ланок онкогенезу.  У результаті порушується презентація онкоантигену і відбувається вислизання пухлини з-під імунного нагляду. Виявилося, що активність NK-клітин визначаться ще й кілер-інгібуючими рецепторами, які теж асоціюються з певними алелями HLA. Надмірний синтез таких рецепторів знову ж таки зумовлює різке зростання схильності до онкогенезу. Результатом цих досліджень є спроби створення ефективних онковакцин.

HLA-асоційовані захворювання

Методи типування HLA все частіше застосовуються у клініці. Колись винятковим показанням для його проведення був пошук донорів при аллогенній трансплантації нирок і кісткового мозку. Тепер все частіше визначають окремі алелі для верифікації діагнозу деяких захворювань або виявлення схильності до них.

Виявлена тісна кореляційна залежність між набором HLA-антигенів і багатьма хронічними захворюваннями. Спочатку цей зв’язок було підтверджено для більшості автоімунних процесів (переважно – з HLA-В, DR i DQ), а потім – і для інших хронічних патологій.

Наприклад, виявлення В27 у пацієнтів свідчить про високий ризик розвитку системних захворювань сполучної тканини, у першу чергу – анкілозного спондиліту. Встановлено високий ступінь асоціації деяких алелів з іншими патологіями.

З удосконаленням молекулярно-генетичних методів збільшилась кількість відомих генів та їх алелів. Так, у вищезгаданого В27 виявлено 9 алельних варіантів. При цьому виявилося, що лише деякі з них пов’язані з розвитком артритів і анкілозуючого спондиліту – це значно підвищило їх прогностичну цінність.

Особливо значний успіх досягнуто в діагностиці інсулінозалежного цукрового діабету. Тут основну роль відіграли молекулярно-генетичні дослідження DQ-локусу системи гістосумісності. Якщо методом серотипування виявляли лише 8 антигенів у цьому локусі, то сьогодні виявлено 49 алельних варіантів HLA-DQA1 i HLA-DQB1, які належать до цього локусу. Виявилося, що схильність до діабету максимально пов’язана саме з комбінаціями певних генів, а вираження цієї схильності (коефіцієнт ризику) у десятки разів вища, ніж до переходу вивчення HLA на генетичний рівень.

ЗВ’ЯЗОК МІЖ ДЕЯКИМИ ХВОРОБАМИ ТА

HLA-АНТИГЕНАМИ І і ІІ КЛАСІВ

Хвороба	Алель	Частота виявлення алелів у хворих, %		Відносний ризик
1	2	3		4
Антигени І класу
Анкілозний спондиліт	В27	92		90-150
Хвороба Рейтера (уретрит-увеїт-синовіїт)	В27	53		30-50
Інфекційні поліартрити (особливо сальмонельозні та єрсиніозні)	В27	27		15-20
Міастенія гравіс	А1 В8	56 57		3-4 3-5
Множинний склероз	А3 В7 В18	37 42 51		2-4 1,5-2 1,8-2
Цукровий діабет І типу	В8 В15 В18	55 36 59		2-2,5 3-9 2-3
1	2	3		4
Підгострий тиреоїдит	В35	73		16-18
Хвороба Адісона	В8	80		4-8
Синдром Кушинга	А1	49		2-4
Спадковий гемохроматоз	А3 В7 В14	78 79 62		8 4-8 9-10
Перніціозна анемія	В7	52		2-3
Ентеропатія	В8	50-80		6-12
Атрофічний гастрит	В7	37		2-4
Автоімунний гепатит	В8	68		3-10
Псоріаз	В13 Bw16 Bw17	27 15 36		4-6 3-5 4-7
Герпетиформний дерматит	В8	63		4-5
Cклеродермія	В7	35		1,5-2
Пухирчатка	А10	45		3-5
Хронічний гломерулонефрит	А2	24		1,5
Полінози	В7	50		4-5
Антигени ІІ класу
Нарколепсія	DR15-DQ6	100	180-320
Множинний склероз	Dw2 DR2 DR3	70 35 32	4-12 2-3 2
Автоімунний гепатит	Dw3 DR4	71 71	6-8 7-10
Цукровий діабет І типу	Dw3 Dw4 DR3 DR4	50 45 60 58	5-6 3-6 6-8 7-9
CЧВ	DR2 DR3	57 46	3-4 2-4
Ревматоїдний артрит	DR4	70	5-10
Міастенія гравіс	DR3	50	2-3
Целіакія	DR3 DR7	95 54	6-27 4-8
Перніціозна анемія	DR5	25	5-7
Тиреоїдит Гашимото	DR5	19	3-4
Підгострий тиреоїдит	Dw1	33	2-3
Тиреотоксикоз	DR3	51	4-6
Герпетиформний дерматит	Dw3 DR3	26 80	13-16 16-20
Псоріаз	Dw1	33	2-3

Ще один несподіваний аспект вивчення HLA – це популяційні дослідження, які переконливо свідчать про різний ступінь генетичної схильності до хронічної патології у представників різних рас і етнічних груп. Класичним зразком такої залежності може бути той же цукровий діабет І типу. Так, ризик розвитку цього захворювання у представників монголоїдної раси (наприклад, бурятів) у десятки разів нижчий, ніж у європеоїдів (українців) чи кавказоїдів. У бурятів практично не виявляється така асоціація, як HLA DQA1 0301; DQB 0201 (коефіцієнт відносного генетичного ризику RR = 35,7 %). У той же час, в узбеків виявлені два надзвичайно сильні протекторні «протидіабетичні» гени – HLA DQA 0101 i 0102 (RR = 0,04 і 0,06 % відповідно).

Доведено, що одні і ті ж алелі можуть пов’язуватися з розвитком певного захворювання у представників однієї етнічної групи, не асоціюватися з ним – в інших, а у третіх – мати протекторну, захисну функцію. Все це дає змогу пояснити високу або низьку схильність представників певних рас чи національностей до тих чи інших хвороб (наприклад, євреїв – до хвороби Альцгеймера) і виявляти як окремих осіб, так і цілі популяції підвищеного ризику.

Впровадження таких методів масового обстеження (скринінгу), без сумніву, поставить первинну профілактику на справді наукову основу. Підтвердженням цього є встановлення асоціативних зв’язків HLA із справді широким колом захворювань – від онкологічних і алергічних до автоімунних та інфекційних. Прикладом цього є виявлення асоційованих з HLA корецепторів, які пов’язують з високим рівнем схильності до ВІЛ-інфекції з раннім розвитком СНІДу (CCR5), так і резистентності до нього.

Спроби пояснити тісний зв’язок між HLA і хронічними хворобами поки що не увінчались успіхом. Вважається, що продукти гену HLA-В8 беруть участь у розпізнаванні змінених антигенів власного організму. Водночас, цей ген досить тісно зчеплений з А1 і Dw3, а тому їх визначення часто поєднується з формуванням багатьох автоімунних захворювань – системного червоного вовчака, автоімунного гепатиту, міастенії гравіс, герпетиформного дерматиту, цукрового діабету І типу тощо).

Крім того, HLA гени різних локусів можуть бути тісно пов’язані з регуляцією імунної відповіді. Якщо раніше вважалося, що гени імунної відповіді в людини (Ir-гени) розміщені винятково в DR-локусі, то тепер виявлено, що значна їх кількість знаходиться в інших ділянках 6-ї хромосоми (включаючи HLA-1), а також, можливо, в інших хромосомах. Наприклад, дефіцит фракції комплементу 2 переважно зустрічається у людей з гаплотипом Aw25/B18/Dw3.

Іншою причиною таких асоціацій може бути антигенно-молекулярна мімікрія. Так, вірус, який зумовлює у мишей формування раку молочної залози, має спільні антигени з тканинами деяких ліній мишей. Крім того, мембранні рецептори деяких клітин (а вони переважно є продуктами HLA) можуть бути рецепторами для вірусів, імунних комплексів, комплементу, молекул адгезії.

Визначення гаплотипів HLA широко використовують у генетичній консультації та пренатальній діагностиці хвороби у сім’ях з андрогенітальним синдромом внаслідок недостатності стероїд-21-гідроксилази чи спадковим гемохроматозом. У таких випадках матричну ДНК для ампліфікації отримують з ядровмісних клітин амніотичної рідини.

Високий ступінь поліморфізму системи HLA дає унікальну можливість майже однозначної відповіді у визначенні (а точніше – виключенні можливості) батьківства та у питаннях патолого-анатомічної й судово-медичної експертизи.

 

. Імунологія репродукції. Iмунозалежнi форми безпліддя. 

Безплідним вважається шлюб, що залишається бездітним після 2 років статевого життя без застосування контрацептивів. За даними ВООЗ, у світі налічується 8-9 % інфертильних сімей, в перерахунку на абсолютні цифри - це десятки мільйонів випадків. У країнах Східної Європи на сьогодні 10-15 % браків вважаються безплідними. Фертильність браку практично однаковою мірою залежить від репродуктивної здатності чоловіка і дружини, хоч дещо частіше безпліддя виявляється у жінок (60-65 % безплідних браків).