Immunolek-1 (1)
.pdfВзято с http://doctoraspirin.narod.ru
Иммунология Лекция 1.
История иммунологии
Immunitas (лат.) – освобождение от каких-либо обязанностей, неприкосновенность кого-либо. Этот термин применялся по отношению к послам государств, как гарантия их неприкосновенности. С середины 19 в. термин «иммунитет» вошел в медицинскую практику, обозначая «освобождение от восприимчивости к заразной болезни».
С древних времен люди обращали внимание на то, что после перенесенного заразного заболевания человек становится невосприимчивым к повторному заражению. Переболевшие черной оспой, чумой могли ухаживать за больными, оставаясь невосприимчивыми к инфекции.
Первые попытки искусственного создания невосприимчивости относятся к 10 в. до н.э. В древнем Китае практиковали вдувание в нос порошка, полученного из оспенных корочек больного. При этом развивалось более легкое, во всяком случае несмертельное заболевание, после которого человек становился невосприимчивым к заражению. Из Китая этот метод прививки распространился в Индию, Малую Азию, на Кавказ и в Европу. В России прививка носила название «покупка оспы». Оспенным гноем смазывали монету и клали ее под мышку здоровому ребенку. В 1768 г. английский врач-инокулятор сделал оспенную прививку Екатерине II и ее сыну Павлу.
Однако далеко не во всех случаях прививка заканчивалась удачно. Иногда после нее наблюдалось тяжелое заболевание и даже смерть.
На смену инокуляции пришел метод вакцинации, который разработал английский врач Э. Дженнер. Он обратил внимание на то, что женщины, ухаживающие за коровами, больными оспой, иногда переносят заболевание в легкой форме, но никогда не болеют черной оспой. В 1796 г. (через 30 лет наблюдений) Дженнер решился привить коровью оспу ребенку, взятому из приюта. После этого метод вакцинации стал широко использоваться в Европе. В России первая прививка коровьей оспы была сделана в 1801 г. мальчику из сиротского дома Антону Петрову, получившего после этого фамилию Вакцинов.
Иммунология как наука берет свое начало в 1880 г. с работ Л. Пастера по изучению возбудителя куриной холеры. Пастер обратил внимание на то, что введение птицам старой культуры возбудителя не вызывает у них заболевание, но предохраняет от последующего заражения свежей культурой возбудителя. Следующая искусственная вакцина была получена Пастером из «ослабленного» возбудителя сибирской язвы. Сибириязвенные бациллы после культивирования при повышенной температуре утрачивали способность вызывать заболевание, но предохраняли животных от последующего заражения вирулентным возбудителем. Таким образом, Л. Пастер впервые разработал основы метода ослабления патогенных свойств (аттенуации) микроорганизмов для использования их в качестве вакцин.
Однако сам механизм развития защиты организма после вакцинации оставался непонятным. Л.Пастер считал, что ослабленный микроб «выедает» какие-то питательные вещества, необходимые для патогенного возбудителя, и поэтому заболевание не возникает.
Одним из основателей иммунологии по праву считают И.И.Мечникова, который в 1883 г. сделал первое сообщение о фагоцитозе – «пожирании» возбудителя специальными клетками макроорганизма. И.И. Мечников является основоположником первой - клеточной теории иммунитета. Согласно этой теории, основную функцию защиты организма от инфекции выполняют амебовидные подвижные клетки мезентериального происхождения, способные активно захватывать и переваривать внедрившиеся микроорганизмы. У человека фагоцитарную функцию выполняют макрофаги и нейтрофилы.
К 1890 г. благодаря работам Э. Беринга и Э. Ру стало известно, что в ответ на внедрение микроорганизмов или их токсинов в организме начинается выработка специфических защитных веществ, которые назвали антителами. Возникла гуморальная теория иммунитета, которую активно развивал П. Эрлих. Самым замечательным свойством антител оказалась их специфичность, т.е. способность связываться и нейтрализовать только тот микроорганизм или токсин, против которого они предназначены.
Изучение закономерности выработки антител привело к следующему открытию: оказалось, что не только микроорганизмы и их токсины способны стимулировать выработку антител. В 1898 г. Ж. Борде и Н.Н. Чистович показали, что если в организм кролика ввести эритроциты барана или чужеродную сыворотку, то против них также вырабатываются антитела. Так появилось понятие «антиген» - чужеродное вещество, в ответ на введение которого в организме вырабатываются антитела.
В1900 году произошло следующее крупное открытие, автором которого был К. Ландштейнер. Он обнаружил, что эритроциты людей отличаются по антигенной специфичности и выделил группы крови 0, А, В,
иАВ. В 1904 г. Пирке и Рише открыли явление анафилаксии – иммунопатологическую реакцию с летальным исходом в ответ на введение в организм чужеродного белка.
Вначале 20 в. иммунология разделилась на два направления: 1) инфекционная и 2) неинфекционная иммунология. До середины 20 в. в основном развивалось направление инфекционной иммунологии. Были созданы вакцины и лечебные сыворотки против наиболее опасных инфекций (чума, туберкулез, брюшной тиф,
Взято с http://doctoraspirin.narod.ru
дифтерия и т.д.). Однако конкретные механизмы иммунного ответа оставались невыясненными. Экспериментальная и теоретическая иммунология оставались в зачаточном состоянии.
Новый этап развития иммунологии начинается с конца 40-х годов. Было показано, что в основе отторжения реципиентом пересаженного лоскута кожи донора, лежит иммунологическая реакция. Австралийский ученый Ф.М. Бернет сделал крупное обобщение, объединившее инфекционную и неинфекционную иммунологию в так называемую «новую иммунологию».
Согласно концепции Ф.М. Бернета иммунитет выполняет функцию сохранения антигенного постоянства организма, умея распознавать и отличать «свои» антигены от «чужих», будь то антигены инфекционных агентов, измененные антигены собственных опухолевых клеток, либо чужеродные клетки трансплантата. Иммунитет выполняет задачу удаления (элиминации) из организма чужеродных антигенов. При этом иммунная система в норме не проявляет агрессии по отношению к собственным клеткам и тканям организма.
Такое «лояльное» отношение иммунной системы к собственным антигенам Бернет назвал феноменом толерантности (терпимости) и сделал предположение, что формирование толерантности происходит в эмбриональном периоде.
Это предположение получило экспериментальное подтверждение в 1953 г. в работах П. Медавара и М Гашека. Было показано, что введение эмбриону мыши или курицы чужеродных клеток приводит в дальнейшем к развитию толерантности. После рождения животные, которые получали чужеродные антигены в эмбриональном периоде, воспринимали их как «свои».
«Новая иммунология» получила окончательное оформление в разработанной Ф.М. Бернетом клональноселекционной теории иммунитета. Согласно этой теории, иммунная система представляет собой совокупность лимфоидных органов и клеток, рассеянных по всему организму и выполняет функцию антигенного надзора и поддержания антигенного гомеостаза. В эмбриональном периоде формирующаяся иммунная система получает информацию о том, какие антигены относятся к «своим», а после рождения все остальные антигены распознаются, как «чужие». Центральными органами иммунной системы у человека являются тимус и костный мозг. Центральным звеном иммунной системы являются лимфоциты. Часть лимфоцитов созревает в тимусе – они называются Т-лимфоцитами. Другая часть лимфоцитов созревает в костном мозге – это В-лимфоциты. Популяция Т-лимфоцитов выполняет функцию распознавания и уничтожения опухолевых клеток, клеток зараженных вирусами и функцию регуляции работы иммунной системы. В-лимфоциты способны трансформироваться в плазматические клетки, которые осуществляют синтез антител. Таким образом, Т- лимфоциты ответственны за клеточные реакции иммунитета, а В-лимфоциты – за гуморальный иммунный ответ.
Важную роль в развитии иммунных реакций играют фагоцитирующие клетки, которые поглощают, «переваривают» антигены и представляют их для распознавания лимфоцитам.
В 70-80 годы 20 в. основным направлением исследований в области иммунологии было изучение механизмов клеточного взаимодействия (клеточной кооперации) в ходе иммунного ответа. Было показано, что клетки иммунной системы способны «общаться» между собой с помощью белковых молекул – цитокинов. Цитокины являются сигнальными молекулами – регуляторами активности клеток, участвующих в иммунологических реакциях. Сигналы цитокинов способны воспринимать только те клетки, на поверхности которых имеются специфические рецепторы, которые появляются на определенных стадиях дифференцировки лимфоцитов. Эти рецепторы были выделены в отдельный класс, который называется «CD-рецепторы» - рецепторы дифференцировки.
Большие успехи в конце 20 в. были достигнуты в области расшифровки генетических механизмов формирования иммунной системы и врожденной патологии иммунитета. Возникли новые направления иммунологии: иммуногенетика и иммунопатология.
В настоящее время иммунология является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей человеческого знания, с перспективой разработки лечебных препаратов, позволяющих направлять защитные силы организма не только против возбудителей хронических ифекционных заболеваний, таких как вирусные гепатиты, ВИЧ, но и против развития злокачественных новообразований и преждевременного старения организма. С успешным развитием иммунологии в последние годы связаны достижения трансплантологии, генотерапии врожденных иммунодеффицитов.
Иммунология является многопрофильной наукой и имеет тесную связь практически со всеми клиническими дисциплинами. Основными направлениями современной иммунологии являются следующие:
1.Иммуноморфология – изучает морфологические аспекты иммунологических реакций на клеточном, тканевом и организменом уровнях;
2.Иммуногенетика – исследует закономерности наследования антигенов и генетический контроль иммунных реакций;
3.Иммунология онтогенеза – изучает роль иммунологических механизмов в процессе индивидуального развития;
Взято с http://doctoraspirin.narod.ru
4.Трансплантология – выясняет иммунологические аспекты несовместимости тканей, пути преодоления тканевой несовместимости;
5.Иммунопатология – исследует механизмы развития патологических процессов, связанных с иммунными реакциями организма;
6.Иммуногематология – занимается исследованием проблем, связанных с развитием аутоиммунных заболеваний крови;
7.Противоопухолевый иммунитет – изучает механизмы иммунной защиты организма против опухолевых клеток;
8.Вакцинология – разрабатывает новые технологии производства вакцин, изучает особенности поствакцинального иммунитета;
9.Клиническая иммунология – занимается диагностикой и лечением патологии иммунной системы.
Иммунная система
Иммунная система организма – это совокупность органов, тканей и клеток, обеспечивающих поддержание антигенного гомеостаза (постоянства) организма путем распознавания и элиминации чужеродных антигенов. Функцию иммунной системы выполняют лимфоидные органы и ткани.
Центральными органами иммунной системы являются костный мозг и тимус. У птиц имеется еще один центральный орган – сумка Фабрициуса (бурса).
К периферическим органам иммунной системы относятся селезенка, лимфатические узлы и скопления лимфоидной ткани, расположенные в слизистых оболочках и коже (ЛТС).
Клетки иммунной системы:
1.Иммунокомпетентные клетки – лимфоциты. Лимфоциты способны к распознаванию антигена и специфическому ответу на антигенный стимул;
2.Антигенпредставляющие клетки (АПК) – макрофаги и дендритные клетки – способны распознавать и поглощать чужеродные антигены, перерабатывать и представлять их иммунокомпетентным клеткам;
3.Клетки антиген-неспецифической резистентности – нейтрофилы, эозинофилы и базофилы – способны фагоцитировать инородные частицы. Эти клетки являются одним из факторов неспецифической защиты, однако в очаге воспаления они выделяют специфические белковые молекулы – цитокины, которые привлекают в очаг воспаления иммунокомпетентные клетки и активируют их.
Предшественниками клеток иммунной системы являются стволовые кроветворные клетки, потомство которых в костном мозге проходят два альтернативных пути дифференцировки: лимфопоэз – образование лимфоцитов и миелопоэз – образование всех остальных клеток крови.
Лимфоциты дифференцируются по двум направлениям и образуют две популяции – Т- и В-лимфоцитов, которые различаются по набору рецепторов, находящихся на их поверхности, и выполняют различные функции.
1.Т-лимфоциты – проходят созревание в тимусе и выполняют функцию клеточного звена иммунитета. Т- лимфоциты распознают клетки, несущие чужеродные антигены, и уничтожают их после непосредственного контакта (атаки), а также выполняют функцию регуляции иммунного ответа.
2.В-лимфоциты – у птиц проходят созревание в сумке Фабрициуса (бурсе). У млекопитающих созревание В-лимфоцитов происходит в костном мозге. В-лимфоциты ответственны за гуморальное звено иммунитета – продукцию антител. После антигенного стимула В-лимфоцит превращается в лимфобласт – клетку, способную к делению. Часть лимфобластов дифференцируется в В-лимфоциты памяти, другая часть превращается в плазматические клетки, которые осуществляют продукцию
антител.
Зрелые лимфоциты заселяют периферические органы иммунной системы – лимфоузлы, селезенку, другие лимфоидные образования. В лимфоузлах В-лимфоциты образуют скопления в корковом слое, Т- лимфоциты – в паракортикальной области. В мозговой области лимфоузла находятся макрофаги, плазматические клетки, а также Т- и В- лимфоциты. В селезенке лимфоциты локализуются в белой пульпе: Т-лимфоциты группируются вокруг артериол, а В-лимфоциты в лимфоидных фолликулах. Селезенка в основном принимает участие в иммунном ответе на антигены, попавшие в кровь, тогда как лимфоузлы защищают организм от антигенов, попавших через кожу, лимфоидная ткань слизистых оболочек контролирует проникновение антигенов через слизистые.
Лимфоциты не являются оседлыми клетками. Они постоянно мигрируют из одного периферического органа в другой по кровеносным и лимфатическим сосудам.
Взято с http://doctoraspirin.narod.ru
Основные феномены иммунитета
1.Специфичность – иммунный ответ развивается только на тот антиген, который его индуцировал.
2.Иммунологическая память – способность иммунной системы запоминать антигены, с которыми уже приходилось встречаться и при повторной встрече отвечать на антигенный стимул более активно и быстро.
3.Иммунологическая толерантность – «терпимость» к собственным антигенам.
4.Реакции гиперчувствительности – способность к гиперэргическим реакциям на антигенный стимул, приводящим к повреждению собственных тканей.
Антигены
Антигенами называются вещества, несущие признаки генетически чужеродной информации и при введении
ворганизм вызывающие развитие специфических иммунологических реакций.
Природными антигенами являются белки, полисахариды, мукополисахариды, липополисахариды,
высокомолекулярные препараты нуклеиновых кислот. Основные свойства антигенов:
1.Чужеродность – понятие, применительное к конкретному организму или виду. Например, кроличий альбумин не обладает чужеродностью по отношению к организму кролика, однако для морской свинки он будет чужеродным антигеном, вызывающим иммунный ответ.
2.Специфичность – особенности строения, по которым антигены отличаются друг от друга. Специфическое строение антигенов обусловливает специфичность иммунного ответа, т.е. направленность иммунного ответа только на вводимый антиген.
3.Антигенность – способность антигена избирательно реагировать со специфическими к нему АТ
(Покровский). Это свойство зависит от степени чужеродности, особенностей строения, и от молекулярной массы вещества. Наименьшая молекулярная масса веществ, против которых удается получить антитела составляет около 1000 Дальтон. Вещества меньшей молекулярной массы являются неполноценными антигенами или гаптенами. Несмотря на то, что гаптены обладают чужеродностью, и способны связываться с готовыми антителами, они не способны индуцировать образование антител. Однако гаптены могут приобрести свойства полноценных антигенов, если удается искусственно увеличить их молекулярную массу: например, присоединить гаптен к белку или адсорбировать на коллоидных частицах.
4.Иммуногенность – способность антигена индуцировать иммунный ответ (по Покровскому). Гаптены – вещества, обладающие свойством антигенности, но не обладают иммуногенностью.
Антигены бактерий.
Все компоненты бактериальной клетки являются полноценными антигенами. Среди бактериальных антигенов различают структурные, непосредственно связанные с клеткой, и секретируемые во внешнюю среду. В соответствии с принадлежностью антигенов к определенным структурам бактериальной клетки различают следующие их виды:
1.Соматический антиген – О-антиген. Это антиген клеточной стенки бактерий. У Г+ бактерий основным соматическим антигеном являются тейхоевые кислоты, у Г- это липополисахарид (эндотоксин). О- антиген термостабилен.
2.Жгутиковый антиген – Н-антиген. Имеется только у подвижных бактерий, состоит из белка флагеллина, термолабилен.
3.Капсульный – К-антиген. Поверхностный антиген вещества капсулы. Имеет мукополисахаридную или белковую природу, термолабилен.
Разновидностью капсульного антигена является Vi-антиген (антиген вирулентности), который
имеется у возбудителя брюшного тифа.
Антигены, связанные с бактериальной клеткой, либо с другими нерастворимыми частицами, например, эритроцитами, называются корпускулярными, в отличие от растворимых антигенов, например, сывороточного альбумина.
К секретируемым (растворимым) бактериальным антигенам относятся экзотоксины и экзоферменты, в том числе, ферменты агрессии.
Взято с http://doctoraspirin.narod.ru
Структурные основы антигенной специфичности.
Антитела связываются не со всей поверхностью антигена, а с определенным небольшим участком, который называется антигенной детерминантой или эпитопом. В белковой молекуле величина антигенной детерминанты соответствует последовательности из 6-8 аминокислот. Специфичность антигенной детерминанты зависит от величины молекул, входящих в ее состав, их пространственного расположения и распределения положительных и отрицательных зарядов на поверхности антигенной детерминанты.
У антигенов белковой природы антигенные детерминанты состоят, преимущественно, из гидрофильных аминокислот и образуют на поверхности белковой глобулы выступы или петли, причем на одной молекуле антигена может находиться от нескольких до нескольких сотен антигенных детерминант, имеющих различную специфичность. Количество антигенных детерминант, приходящихся на одну молекулу антигена определяет валентность антигена. Например, молекула яичного альбумина имеет 5 антигенных детерминант (валентность равна 5); молекула дифтерийного токсина – 8 детерминант (валентность=8), валентность молекулы тиреоглобулина равна 40 и т.д.
Типы антигенной специфичности.
1.Видовая специфичность – обусловлена совокупностью антигенов, одинаковых у всех особей данного вида.
2.Групповая специфичность – обусловливает антигенные различия особей внутри вида; например, по антигенным группам крови.
3.Типовая специфичность – понятие, имеющее отношение, в основном, к микроорганизмам. Например,
пневмококки по специфичности полисахаридных антигенов делятся на типы 1,2,3,4 и т.д.
4.Гетероспецифичность (перекрестная) – наличие общих антигенов у представителей различных видов. Например, эритроциты кур, лошадей, собак, кошек, мышей имеют общий антиген (Форсмана), который отсутствует у человека. Белки разных видов животных, выполняющих в организме одинаковую функцию, например, альбумины крови, имеют антигенное сходство. У некоторых микроорганизмов, например у стрептококка, имеются антигены, сходные с антигенами человека.
5.Патологическая специфичность – измененная под воздействием различных факторов специфичность собственных тканевых антигенов (например, в результате ожога, переохлаждения, воздействия излучений)
Лекция 2
Антитела
Антителами называются белковые молекулы, способные к специфическому связыванию с антигенными детерминантами. Антитела относятся к гамма-глобулинам. Другое название антител – иммуноглобулины.
Строение молекул антител было определено в конце 50-х годов 20 в. в работах Р.Портера и Эдельмана.
У млекопитающих существует 5 классов иммуноглобулинов, различающихся по своему строению и некоторым свойствам: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD.
Строение иммуноглобулинов.
Наиболее «типичное» строение имеют IgG. Молекула состоит из 4 белковых цепей: двух легких (L) и двух тяжелых (H), которые соединены между собой дисульфидными связями. Центр связывания с антигенной детерминантой называется активным центром антитела. Он образован N-концевыми участками тяжелой и легкой цепей. Участок тяжелых цепей, расположенный вблизи дисульфидных связей, называется шарнирной областью. Р.Портеру с помощью фермента папаина удалось расщепить молекулу IgG выше шарнирной области. В результате образовывалось 3 фрагмента: 2 из них содержали легкую цепь и часть тяжелой цепи, а также активный центр антитела (Fab-фрагменты); третий фрагмент состоял только из тяжелой цепи (Fcфрагмент). Таким образом было показано, что молекула IgG имеет 2 активных центра, т.е. является двухвалентной (может связывать 2 молекулы антигена). Благодаря подвижной шарнирной области Fabфрагменты могут изменять взаимное расположение в пространстве.
Аминокислотная последовательность в легкой и тяжелой цепях делятся на константный (постоянный) и вариабельный участки. Вариабельные участки находятся на N-концах легких и тяжелых цепей (VL и VH). Константные участки последовательности находятся на С-концах цепей (СL и СH). В легких и тяжелых цепях аминокислотные последовательности образуют несколько глобулярных структур, которые называются доменами. Конформация домена поддерживается дисульфидной связью.
Активный центр антитела образуется вариабельными доменами легкой и тяжелой цепей и представляет собой полость (паратоп), имеющую определенную конфигурацию и распределение электрических зарядов на своей
Взято с http://doctoraspirin.narod.ru
поверхности. Размер, форма и распределение зарядов в активном центре определяет его специфичность, т.е. способность связываться с определенной антигенной детерминантой (эпитопом), имеющей комплементарную структуру. Антигенные детерминанты представляют собой участки, выступающие на поверхности молекул антигенов. Поэтому взаимодействие эпитоп-паратоп происходит по принципу «ключ-замок».
Для связывания эпитопа и паратопа требуется взаимное притяжение атомных групп на участках молекул антигена и антитела, контактирующих друг с другом, благодаря комплементарности. В результате взаимодействия образуются нековалентные связи: водородная связь, электростатическое взаимодействие, Ван- дер-ваальсовы силы, гидрофобное взаимодействие, которые удерживают антигенную детерминанту внутри паратопа.
Прочность связи активного центра антител с антигенной детерминантой характеризуется понятием аффинность. Аффинность – это мера сродства активного центра и антигенной детерминанты.
Конфигурация активного центра зависит от аминокислотных последовательностей вариабельных доменов как легкой, так и тяжелой цепей, поэтому замена даже одной аминокислоты в этой области может привести к изменению специфичности активного центра.
На долю иммуноглобулинов класса IgG приходится 75% от общего количества сывороточных имуноглобулинов.
У человека существует 4 разновидности (подкласса) молекул IgG: IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, которые отличаются друг от друга по аминокислотным последовательностям тяжелых цепей в шарнирной области, количеству дисульфтдных связей. IgG1 содержатся в сыворотке крови в наибольшей концентрации, IgG4 – в наименьшей.
Важным свойством IgG является их способность проходить через плаценту. Таким образом материнские антитела попадают в организм ребенка и защищают его в первые месяцы жизни от инфекции (естественный пассивный иммунитет).
К классу IgM относится около 10% общего пула иммуноглобулинов. Молекула IgM представляет собой пентамер, т.е. состоит из 5 одинаковых молекул, сходных по своему строению с молекулой IgG, имеет 10 активных центров. Субъединицы соединены между собой дисульфидными связями. В молекуле IgM имеется дополнительная J-цепь, которая связывает субъединицы. Антитела класса IgM не проходят через плацентарный барьер.
Антитела класса IgА составляют 15-20% от общего содержания иммуноглобулинов. Молекула IgА состоит из 2-х легких и 2-х тяжелых цепей, имеет 2 активных центра. В сыворотке крови IgА присутствуют в мономерной форме, тогда как в секретах слизистых оболочек IgА представлены в виде димеров и называются секреторными или sIgА, имеют 4 активных центра. С-концы тяжелых цепей в молекуле sIgА соединены между собой J-цепью и белковой молекулой, которая называется секреторный компонент. Секреторный компонент защищает sIgА от расщепления и инактивации протеолитическими ферментами, которые содержатся в большом количестве в секрете слизистых оболочек. Основная функция sIgА – защита слизистых оболочек от инфекции. IgА не проникают через плацентарный барьер. Высокая концентрация sIgА обнаруживается в женском грудном молоке, особенно в первые дни лактации. Они защищают желудочно-кишечный тракт новорожденного от инфекции.
IgD – в основном находятся на мембране В-лимфоцитов. Имеют строение, подобное IgG, 2 активных центра. Биологическая роль до конца не известна.
IgЕ – концентрация этого класса иммуноглобулинов в сыворотке крови чрезвычайно низкая. Молекулы IgЕ в основном фиксированы на поверхности тучных клеток и базофилов. По своему строению IgЕ сходен с IgG, имеет 2 активных центра. Предполагается, что IgЕ имеет существенное значение в развитии антигельминтозного иммунитета. IgЕ играет главную роль в патогенезе некоторых аллергических заболеваний (бронхиальная астма, сенная лихорадка) и анафилактического шока.
Изотипы легких и тяжелых цепей иммуноглобулинов
Существует 2 типа легких цепей, имеющие некоторое различие в строении – лямбда и каппа.
Типы тяжелых цепей иммуноглобулинов G,M,A,D,E, обозначаются буквами греческого алфавита – γ, μ, α, δ, ε - соответственно. В молекуле иммуноглобулина могут объединяться пары легких и тяжелых цепей любого типа, но обе цепи в паре всегда относятся к одному типу.
Эффекторные функции антител
Кроме специфического связывания антигена антитела выполняют другие – эффекторные функции – связывание с клеточной мембраной и активацию комплемента.
На мембране клеток, участвующих в иммунном ответе присутствуют рецепторы, способные связывать С- концевые участки антител различных классов. Молекулы IgG и IgА способны фиксироваться на моноцитах, макрофагах и нейтрофилах. Иммуноглобулины класса IgE связываются с рецепторами мембран тучных клеток
Взято с http://doctoraspirin.narod.ru
и базофилов. Реакция АГ с антителом, фиксированным на поверхности клеток называется клеточноопосредованной.
Активация комплемента. На тяжелых цепях молекул IgG и IgМ имеются рецепторы для фракции С1 комплемента. Однако они становятся доступными только после взаимодействия антитела с антигеном (после образования иммунного комплекса). Комплекс АГ+АТ называется малым иммунным комплексом, который активирует систему комплемента по классическому пути (С1-С4-С2-С3-С5---С9), в результате чего образуется большой иммунный комплекс – АГ+АТ+К. Таким образом, связывать и активировать комплемент способны иммунные комплексы с участием только IgG и IgМ. Большие иммунные комплексы, в отличие от малых, распознаются и поглощаются макрофагами. Таким образом происходит удаление антигенов из кровеносного русла.
Лекция 3 Генетическая основа разнообразия специфичности активных центров антител
Первая теория разнообразия специфичности антител была разработана П.Эрлихом в начале ХХ в. Это «Теория боковых цепей». Согласно теории Эрлиха, на поверхности клеток изначально присутствует множество разнообразных белковых молекул, «боковых цепей», каждая из которых способна связываться с определенным антигеном. В случае попадания антигена в организм, его молекулы соединяются с определенным рецептором и отрывают его от мембраны. В ответ на это клетка реагирует усиленной продукцией именно этого рецептора и, таким образом, происходит компенсаторное увеличение количества требуемых для нейтрализации данного антигена антител.
Следующая теория специфичности антител принадлежит Гауровитцу. Она называется «Матричная теория». Согласно теории Гауровитца, после попадания антигена внутрь клетки, он служит в качестве матрицы, на которой происходит формирование активного центра антитела.
В 70-80-х годах ХХ в. было показано, что в основе разнообразия специфичности активных центров антител лежит особенность строения генов, кодирующих вариабельные области тяжелых и легких цепей.
Гены легкой цепей расположены на 22-й хромосоме. Вариабельный участок легкой цепи представлен 250 вариантами генов V, расположенных последовательно друг за другом. Далее расположены несколько вариантов гена J, после которого находятся гены константной области (гены С). В процессе созревания В-лимфоцитов случайным образом происходит выпадение (делеция) части V – генов и рядом оказываются один из V-генов и ген J. Образуется последовательность VnJnC, которая и обусловливает структуру легкой цепи. Таким образом, в В-лимфоците возможно образование одного из 2000 вариантов строения вариабельной области легкой цепи.
Гены тяжелых цепей иммуноглобулинов расположены на 14-й хромосоме. Они включают группу генов вариабельной области (V), дополнительный участок (D), соединительные гены - J и гены константной области – С. Таким образом, последовательность генов, кодирующих тяжелые цепи, представлена в следующем порядке: VDJC. В результате рекомбинаций, которые происходят в процессе созревания В-лимфоцитов, возможно образование 120000 вариантов последовательностей VDJC, которая и определяет строение вариабельного участка тяжелой цепи.
Учитывая , что активный центр антитела строится из вариабельных доменов тяжелой и легкой цепи, общее число возможных конфигураций активного центра антител достигает 2,4х108. Данная цифра указывает на количество клонов В-лимфоцитов, обладающих разным строением активного центра, т.е. разной специфичностью.
Разнообразие константных участков легких и тяжелых цепей
Если константый участок легких цепей может быть представлен только вариантами лямбда и каппа, то гены константных участков тяжелых цепей более разнообразны. Группа С-генов тяжелых цепей состоит из следующей последовательности: μ, δ, γ, ε, α. В процессе дифференцировки В-лимфоцитов в результате рекомбинаций к вариабельной последовательности генов VDJ подстраивается один из возможных константных генов. При первичном иммунном ответе - ген μ (синтезируются IgM), в последующем происходит переключение В-лимфоцитов на синтез антител других классов.
Антигенраспознающие рецепторы В-лимфоцитов
Антигенраспознающие рецепторы В-лимфоцитов представляют собой мономеры IgM. - т.н. мембранный IgM. На поверхности В-лимфоцита находится около 200 000 молекул рецепторов. Мембранный IgM способен специфически связываться как с растворимыми антигенами, так и с антигенами, расположенными на поверхности бактериальных клеток и вирусных частиц, также с антигенами, которые презентируют дендритные клетки и макрофаги.
Дифференцировочные рецепторы зрелых В-лимфоцитов
Кроме антигенраспознающих рецепторов на мембране лимфоцитов имеются рецепторы, определяющие их принадлежность к той или иной популяции или субпопуляции лимфоцитов, а также степень их дифференцировки (созревания). Эти рецепторы выделены в отдельный класс CD-рецепторов. В настоящее
Взято с http://doctoraspirin.narod.ru
время известно более 160 различных CD-рецепторов, которые обнаруживаются на разных клетках. Их обозначают порядковым номером, который отражает последовательность открытия того или иного рецептора. Для зрелых В-лимфоцитов характерно наличие на мембране рецепторов CD19, CD20, CD21 и CD22.
Антигенраспознающие рецепторы Т-лимфоцитов
На мембране Т-лимфоцитов имеются особые белковые молекулы, которые выполняют функцию распознавания
исвязывания антигенов – Т-клеточные рецепторы (ТКР). Они имеют один активный центр и отличаются по своему строению от молекул иммуноглобулинов. Молекула ТКР закреплена в клеточной мембране, состоит из двух цепей – альфа и бета, соединенных дисульфидной связью. Каждая цепь имеет по 2 домена – константный
ивариабельный. Активный центр образуется вариабельными доменами альфа и бета – цепей. Гены ТКР построены аналогично генам тяжелых цепей иммуноглобулинов – состоят из фрагментов VDJC. Разнообразие специфичности активных центров ТКР также обеспечивается процессами рекомбинации вариабельных
фрагментов генов альфа- и бета-цепей. Количество возможных вариантов конфигурации активных центров ТКР достигает 3х107. Эта цифра отражает количество клонов Т-лимфоцитов, способных распознавать3х107 различных антигенных детерминант.
Дифференцировочные рецепторы зрелых Т-лимфоцитов
Все зрелые Т-лимфоциты имеют на мембране общий рецептор CD3. Этот рецептор состоит из нескольких субъединиц, которые окружают антигенраспознающий ТКР.
Внутри популяции Т-лимфоцитов существуют 2 субпопуляции клеток, выполняющих различные функции и различающиеся по набору CD-рецепторов:
1.Цитотоксические Т-лимфоциты (ЦТЛ) – выполняют функцию распознавания и уничтожения клеток, несущих чужеродные антигены (злокачественные клетки, клетки, инфицированные вирусами). ЦТЛ несут на мембране рецептор CD8.
2.Т-лимфоциты-хелперы (Тх) – участвуют в распознавании антигена и регуляции иммунного ответа Т- и В- звеньев иммунитета. Тх несут на мембране рецептор CD4.
Особую группу лимфоцитов образуют нормальные (натуральные) киллеры (НК) – эта субпопуляция лимфоцитов, участвует в раннем иммунном ответе. НК атакуют злокачественные и зараженные вирусом клетки. НК несут на мембране антиген-распознающий рецептор, отличающийся от ТКР; он называется НКрецептор. В состав этого рецептора входят CD2 и CD69.
Антигены главного комплекса гистосовместимости
Осознание генетической основы тканевой несовместимости привело к поиску антигенов, ответственных за индукцию тканевого или трансплантационного иммунитета. Такие антигены были обнаружены сначала у мышей, а затем у человека. Они называются антигенами гистосовместимости. У человека такие антигены были первоначально обнаружены на лейкоцитах, поэтому их первое название – лейкоцитарные антигены или HLA-антигены. Потом оказалось, что антигены гистосовместимости присутствуют на мембране всех ядросодержащих клеток. Более позднее их название – антигены главного комплекса гистосовместимости – ГКГС или MHC в английской транскрипции.
Кроме антигенов МНС в организме человека имеется много других антигенов, однако именно от совместимости донора и реципиента по антигенам МНС зависит – приживется трансплантат или будет отторгнут. В этом прослеживается прямая аналогия с совместимостью антигенных групп крови: в настоящее время известно более 70 групп эритроцитарных антигенов, однако главной антигенной группой, определяющей совместимость крови донора и реципиента, является группа АВО.
Гены, кодирующие белки МНС
У человека гены, кодирующие белки МНС расположены на коротком плече 6-й хромосомы. Они делятся на 3 класса: МНС 1, МНС2, МНС3 (на хромосоме группы расположены в порядке: МНС 2, МНС3, МНС1).
В класс МНС1 входят 3 группы генов: HLA-A (23 аллеля), HLA-B (49 аллелей) и HLA-С (8 аллелей). У каждого человека гены А, В и С представлены двумя аллелями – материнским и отцовским. Например: HLA-A – 1 и 5; HLA-B -10 и 18; HLA-С - 4 и 6. Благодаря разнообразному сочетанию аллелей достигается индивидуальная антигенная специфичность генов МНС1.
Гены МНС1 кодируют мембранный белок, который состоит из 3-х доменов (альфа-цепь). В состав рецептора МНС1 кроме альфа-цепи входит молекула белка бета-микроглобулина. Рецепторы МНС 1 имеются на поверхности всех ядросодержащих клеток. ТКР Т-лимфоцитов способны распознавать «свои» и «чужие» молекулы МНС 1.
Взято с http://doctoraspirin.narod.ru
Основная функция рецепторов МНС 1 заключается в презентации антигенных детерминант Т- лимфоцитам. Рецептор МНС 1 способен представлять ТКР лимфоцитов полипептид, состоящий из 8-9 аминокислот.
Лекция 4 Рецепторы класса МНС 2
Рецепторы класса МНС 2 представляют собой молекулы, состоящие из двух цепей – альфа и бета. Каждая цепь состоит из 2-х доменов. Аминокислотная последоватеьность альфа и бета-цепей МНС 2 кодируются генами DP, DQ и DR. В настоящее время у человека известно 18 вариантов (аллелей) альфацепи и около 140 вариантов бета-цепи. Индивидуальное разнообразие антигенной специфичности молекул МНС 2 в человеческой популяции существует за счет сочетания родительских аллелей альфа- и бета-цепей.
В отличие от МНС 1, рецепторы МНС 2 присутствуют не на всех клетках. МНС 2 находятся на поверхности антигенпрезентирующих клеток - макрофагов, дендритных клеток, а также на В-лимфоцитах. Молекулы МНС 2 захватывают и выносят на клеточную мембрану антигены, попавшие в клетку извне в результате фагоцитоза или пиноцитоза. Такие антигены подвергаются в фаголизосоме частичному расщеплению (процессингу), связываются с молекулой МНС 2 и транспортируются для презентации на клеточной мембране, минуя аппарат Гольджи, в составе секреторных гранул. Молекулы МНС 2 презентируют более крупные, по сравнению с МНС 1, пептиды – последовательность из 10-13 аминокислот.
Таким образом, рецепторы МНС 1 и МНС 2 являются антигенами главного комплекса гистосовместимости и выполняют функцию презентации антигенов Т-лимфоцитам. Характерными особенностями этих антигенпрезентирующих молекул являются следующие.
Рецепторы МНС 1:
1.Присутствуют на всех ядросодержащих клетках.
2.Построены из одной белковой цепи (альфа) и молекулы микроглобулина.
3.Презентируют внутриклеточные антигены – собственные (нормальные и злокачественно трансформированные) и вирусные.
4.МНС 1 связываются с антигеном в цитозоле и транспортируются на мембрану через коплекс Гольджи.
5.Величина презентируемого антигена соответствует последовательности из 8-9 аминокислот.
6.В распознавании МНС 1 и презентируемого им антигена участвуют цитотоксические (CD8+) Т- лимфоциты. Рецептор CD8 необходим для взаимодействия ТКР с молекулой МНС 1.
Рецепторы МНС 2:
1.Присутствуют на мембране макрофагов, дендритных клеток и В-лимфоцитов.
2.Построены из 2-х белковых цепей – альфа и бета.
3.Презентируют антигены, попавшие в клетку в результате фагоцитоза или пиноцитоза, в основном, антигены бактерий и простейших.
4.МНС 2 связываются с антигеном в фаголизосоме и транспортируются на мембрану, минуя аппарат Гольджи, в составе секреторных гранул.
5.Величина презентируемого антигена соответствует последовательности из 10-13 аминокислот.
6.В распознавании МНС 2 участвуют Т-лимфоциты хелперы (CD4+). Рецептор CD4 необходим для взаимодействия ТКР Т-хелпера с МНС 2.
Цитокины
Межклеточная сигнализация в иммунной системе осуществляется либо путем непосредственного контактного взаимодействия клеток, либо с помощью сигнальных белковых молекул – цитокинов. Цитокины действуют как растворимые медиаторы межклеточных взаимодействий.
Цитокины – это небольшие белковые молекулы, которые действуют аутокринно (на клетку, которая их производит), либо паракринно (на клетки, расположенные вблизи). Цитокины воздействуют на клетки, связываясь со специфическими рецепторами на их мембране и вызывая каскадную биохимическую реакцию, ведущую к усилению или подавлению активности определенных генов.
Основные группы цитокинов: 1) Интерлейкины (ИЛ), 2) Интерфероны (ИФ), 2) Факторы некроза опухолей (ФНО), 3) Факторы роста (ФР), 4) Колониестимулирующие факторы (КСФ).
Взято с http://doctoraspirin.narod.ru
Клеточная кооперация в ходе иммунного ответа
Взаимодействие клеток в ходе иммунного ответа происходит по следующей схеме: 1) Макрофаги, дендритные клетки и В-лимфоциты осуществляют поглощение антигена, его процессинг и презентацию. 2) Т-хелперы после распознавания презентированного антигена активируются и начинают продукцию цитокинов. В зависимости от состава продуцируемых цитокинов Т-хелперы делятся на две субпопуляции: Тх 1 и Тх 2. Тх 1 стимулируют клеточное звено иммунитета – цитотоксические CD8 – лимфоциты. Тх 2 стимулируют гуморальное звено иммунитета – В- лимфоциты.
Регуляция гуморального звена иммунитета
Некоторые антигены способны активировать В-лимфоциты без участия Т-хелперов, т.е. индуцировать Т-независимый гуморальный иммунный ответ. Таких антигенов немного. В основном, это полисахаридные антигены бактерий, которые имеют многочиленные повторяющиеся антигенные детерминанты. Активация В-лимфоцитов происходит в результате связывания крупной молекулы антигена с повторяющимися детерминантами сразу с большим количеством В-клеточных рецепторов. После этого активированные В-лимфоциты превращаются в бласты, из которых образуются плазматические клетки. Плазматические клетки осуществляют продукцию антител.
Белковые антигены индуцируют более сложный – Т-зависимый гуморальный иммунный ответ, в котором участвуют Т-хелперы 2-го типа. Первым этапом Т-зависимого гуморального иммунного ответа является поглощение антигена презентирующими клетками. При этом макрофаги поглощают, преимущественно, бактерии и простейших, дендритные клетки – вирусы, В- лимфоциты – растворимые белковые антигены, в том числе, бактериальные токсины. Презентация антигенов осуществляется на рецепторах МНС 2. Активированные после фагоцитоза макрофаги продуцируют ИЛ-1. С комплексом МНС 2–антиген взаимодействуют Тх 2, после чего происходит их активация ИЛ-1 и пролиферация. Активированные Тх продуцируют ИЛ 2,4,6,13, которые воздействуют на В-лимфоциты.
Активация В-лимфоцитов происходит в результате последовательных событий: 1) Связывание антигена В-клеточным рецептором и поглощение комплекса АГ-рецептор, 2) Процессинг и презентация антигена на МНС 2, 3) Взаимодействие презентированного антигена с рецептором Т- хелпера, 4) Стимуляция В-лимфоцита ИЛ ,4,5,6,13.
В результате активации происходит превращение В-лимфоцита в лимфобласт, далее следует пролиферация лимфобластов, большая часть которых превращается в плазматические клетки, продуцирующие антитела, которые начинают обнаруживаться на 5-7 день после антигенного стимула. На ранней стадии первичного иммунного ответа идет продукция АТ класса IgM. Эти антитела отличаются не очень высокой специфичностью, а их связь с антигенной детерминантой не отличается высокой прочностью (низкоаффинные антитела). В процессе первичного гуморального ответа происходит дальнейшая дифференцировка В-лимфоцитов, которая называется антигензависимой. В результате дополнительных мутаций в генах вариабельных участков тяжелых
илегких цепей образуются антитела с активными центрами, имеющими большую степень комплементарности к антигенным детерминантам. кроме этого происходит переключение на синтез тяжелых цепей классов гамма, альфа, эпсилон. Таким образом к началу 3-й недели иммунного ответа нарастает синтез высокоаффинных антител классов IgG (главным образом), IgA, IgE, а продукция IgМ сокращается. Максимальный уровень антител при первичном гуморальном ответе наблюдается на 3-4 неделе и сохраняется в течение нескольких месяцев.
Меньшая часть бластов дифференцируется в В-лимфоциты памяти, которые расселяются по периферическим органам иммунной системы. При последующей встрече организма с тем же антигеном происходит вторичный иммунный ответ, в котором принимают участие В-лимфоциты памяти. Их активация происходит непосредственно после контакта с антигеном, а плазматические клетки сразу начинают продукцию высокоаффинных АТ классов IgG IgA, IgE. Таким образом, вторичный иммунный ответ отличается от первичного более высокой скоростью, специфичностью
иболее быстрым и высоким уровнем продукции высокоаффинных антител.
Участие антител в иммунном ответе проявляется в следующих феноменах:
1.Нейтрализация токсинов и вирусов.
2.Опсонизация бактериальных клеток и антигенов, облегчающая их фагоцитоз.
3.Активация комплемента комплексом АГ+АТ.