Основы общей иммунологии

6.Процессинг эндогенных антигенов.

7.Процессинг экзогенных антигенов.

8.HLA-типирование.

Главный комплекс гистосовместимости (англ. major histocompatibility complex,

•••) — комплекс тесно сцепленных генетических локусов и кодируемых ими молекул, ответственных за развитие и регулирование иммунного ответа и тканевую совместимость. Это главный фактор, определяющий иммунологическую индивидуальность организма.

5.1. История открытия

Открытие МНС связано с исследованиями вопросов внутривидовой пересад-

ный комплекс гистосовместимости. В дальнейшем было показано, что этот участок представляет собой группу тесно сцепленных между собой генов, причем каждый из них имеет множество аллельных вариантов.

У каждого вида млекопитающих существует такая система. Область локализации генов, кодирующих комплекс молекул MHC мыши, обозначается как H-2 (от англ.

Hystocompatibility — тканевая совместимость) и расположена в 17-й хромосоме. Синонимом МНС человека является система HLA (англ. human leukocyte afntigens), открытая при изучении антигенов лейкоцитов. Антигены HLA представляют собой

гликопротеины, находящиеся на поверхности клеток и кодируемые группой тесно сцепленных генов 6-й хромосомы. Антигены HLA играют важнейшую роль в регуляции иммунного ответа на чужеродные антигены и сами являются сильными антигенами.

5.2. Генетическая карта главного комплекса гистосовместимости человека

Комплекс HLA расположен на коротком плече 6-й хромосомы и включает более 4000 пар оснований. Все гены MHC делятся на 3 группы, кодирующие соответствующие классы молекул (рис. 5.1). Синтез МНС II контролируют гены области HLA- D, которые кодируют не менее 6 вариантов α- и 10 вариантов β-цепей. Эти гены занимают три локуса — HLA-DP, HLA-DQ и HLADR. Между генами DP и DQ находятся гены DMA, DMB, LMP2 и LMP7 (Large Multifunctional Protease — большая многофункциональная протеаза), TAP1/TAP2 (Transporter Associated with Antigen Рrocеssing — транспортер, связанный с процессингом антигена). Низкомолекулярные белки, контролируемые этими генами, принимают участие в подготовке чужеродного антигена к презентации Т-хелперам. В средней части комплекса локализуются гены МНС III класса. Эти гены кодируют некоторые белки системы комплемента С2 и С4, фактор некроза

опухоли, лимфотоксин, белки теплового шока и др. Гены MHC I наиболее удалены от центромеры и отличаются высоким полиморфизмом. К классическим генам HLA I класса относят гены А, В, С. Существуют также неклассические гены HLA I класса — HLA-E, F, G, H. Молекулы HLA-G экспрессируются только на клетках трофобласта и ингибируют цитотоксическую активность NK-клеток. HLA-E-молекулы участвуют в презентации лидерных пептидов собственных классических молекул МНС I класса и также приводят к подавлению активности NK-клеток.

5.3. Особенности МНС

Основными особенностями МНС являются ярко выраженный полиморфизм — наличие многих аллельных форм одного

итого же гена; полигенность — наличие нескольких неаллельных близко сцепленных генов, белковые продукты которых сходны в структурном отношении и выполняют идентичные функции. Наибольшим полиморфизмом отличаются гены МНС I класса. Так, для локуса HLA-В известно более 780 аллельных вариантов, а для локуса HLA- А — более 450. Для генов, кодирующих молекулы МНС II класса, наиболее вариабельны HLA-DR (440 аллельных варианта), HLA-DP (124 аллельных варианта). Полигенность

иполиморфизм определяют антигенную

индивидуальность особей данного вида. Все гены комплекса наследуются кодоминантно. Комбинация аллелей в каждом HLA-локусе на одной хромосоме называется гаплотипом, на двух хромосомах — генотипом, антигенное представительство на клетке определяется как фенотип.

По своей структуре молекулы МНС относятся к суперсемейству иммуноглобулиноподобных молекул.

5.4. МНС I класса

Молекулы MHC класса I (HLA-A, HLA-B, HLA-С) экспрессируются на клеточной поверхности и представляют собой гетеродимер, состоящий из одной тяжелой α-цепи (45 кДа), нековалентно связанной

с β2-микроглобулином (12 кДа), который встречается также в свободной форме в сыворотке крови. По структуре этот белок соответствует C-домену иммуноглобулинов. Ген β2-микроглобулина находится вне комплекса гистосовместимости, локализован в 15-й хромосоме. β2-микробулин важен для поддержания конформации тяжелой цепи и необходим для экспрессии всех молекул MHC класса I. Методами рентгеноструктурного анализа определена пространственная организация молекул MHC I (рис. 5.2).

Тяжелая цепь состоит из внеклеточной части, образующей три домена — α1, α2 и α3, трансмембранного сегмента и цитоплазматического хвостового домена.

(Tk)

Каждый внеклеточный домен содержит примерно 90 аминокислотных остатков. Домен α3 гомологичен по аминокислотной последовательности C-доменам иммуноглобулинов.

Трансмембранный сегмент MHC I класса состоит из 25 преимущественно гидрофобных аминокислотных остатков. Цитоплазматический участок содержит сайты фосфорилирования, что важно для экспрессии молекул.

Основные свойства молекул I класса — связывание пептидов (антигенов) и представление их в иммуногенной форме цитотоксическим Т-лимфоцитам (ЦТЛ, Т-киллерам). α1- и α2домены имеют значительные α-спиральные участки, которые при взаимодействии между собой образуют удлиненную полость (щель), служащую местом связывания процессированного антигена.

Молекула МНС I приобретает стабильную форму и соответствующую трехмерную конфигурацию только после того, как в связывающий «сайт» ее складки между α1 и α2 встраивается пептид из 8−10 аминокислот. В таком виде молекула способна мигрировать на поверхность клетки, где она выполняет свои функции. Этот комплекс является стабильным, что позволяет ЦТЛ сканировать собственный пептид. На α3домене находится участок, который взаимодействует с CD8-молекулой на поверхности ЦТЛ.

МНС I присутствуют на поверхности всех ядросодержащих клеток, кроме эритроцитов и клеток ворсинчатого трофобласта, однако, их количество на разных соматических клетках не одинаково. Больше

всего молекул МНС I присутствует на клетках (по убывающей) селезенки, кожи, костного мозга, печени, лимфоцитов, тимуса, сердца, мозга, соединительной ткани. Плотность МНС I максимальна на поверхности лимфоцитов — примерно 7000 молекул на 1 клетку. Экспрессия молекул МНС I усиливается под влиянием ряда цитокинов, в частности интерферонов.

5.5. МНС II класса

Молекула MHC II класса состоит из 2 полипептидных цепей – α и β – с молекулярной массой 34 и 28 кДа, соответственно (см. рис. 5.2.). Цепи нековалентно связаны между собой. Обе цепи сходны по строению и имеют по 2 домена (α1, α2 и β1, β2), трансмембранный сегмент (длиной примерно 30 аминокислотных остатков) и цитоплазматический домен, содержащий примерно 10−15 остатков аминокислот. α-спиральные участки взаимодействующих α- и β- цепей образуют антигенсвязывающий сайт, или щель Бьоркмана, расположенную между α1- и β1-доменами. В структуре молекул МНС II класса антигенсвязывающая полость открыта больше, чем у молекул I класса, поэтому в ней могут поместиться более длинные пептиды — 15−25 аминокислот. Молекулы МНС II класса расположены на мембране профессиональных антигенпрезентирующих клеток (АПК): дендритных клеток (ДК), макрофагов, В-лимфоцитов, а также на активированных Т-лимфоцитах, фибробластах, эндотелиальных клетках. Экспрессия молекул МНС II усиливается при действии интерферона-γ. Главная функция МНС II — презентация пептидного фраг-

5.7. Процессинг экзогенных антигенов (рис.‚5.3 Б)

При подготовке антигена для представления СD4+-Т-хелперам ситуация существенно иная, хотя при этом достигаются сходные конечные результаты. Сначала антигены поглощаются АПК (по механизму эндоцитоза). Начальная фаза этого процесса — адсорбция белков на поверхности клеток — может осуществляться при низкой температуре и не требует затрат энергии. В течение часа антиген уже в значительной степени перерабатывается внутри клетки, и его фрагменты экспрессируются на поверхности в составе молекулы МНС II класса, хотя для полного завершения этого процесса требуется несколько часов (до 10−20 ч). В эндоплазматическом ретикулуме синтезируются α- и β-цепи молекул МНС II класса, которые встраиваются в мембрану, а образующийся димер стабилизируется с помощью не только шаперона калнексина, но и инвариантной цепи Ii с молекулярной массой 31 000−41 000 Да. Фрагмент инвариантной цепи, обозначаемый CLIP (от англ.

Class II associated invariant chain peptide), встраивается в бороздку молекулы МНС II класса. Везикулы, которые содержат молекулы МНС II без антигенного пептида, сливаются с ранними эндосомами, содержащими экзогенные белки. Пептидные фрагменты антигена, имеющие сродство к антигенсвязывающему участку молекулы МНС, встраиваются в щель, при этом происходит отделение Ii-цепи от образовавшегося комплекса. В условиях закисления внутренней среды эндосом активируются протеиназы, которые «отстригают» участки белков, не уместившиеся в щель. Важную роль в этом про-

цессе играют цепи DM, кодируемые генами, находящимися в области генов МНС II класса и обладающие сродством к CLIP. В отсутствие DM формируются молекулы II класса, большая часть которых оказывается заполнена молекулами CLIP. Образовавшийся комплекс выносится на поверхность клетки, но затем может возвратиться в цитоплазму в результате эндоцитоза в составе мембран ранних эндосом, при этом в эндосомах могут оказаться внеклеточные белки. Сформировавшиеся комплексы молекул МНС II класса и экзогенных пептидов выносятся на поверхность клеток и презентируются CD4+-Т-лимфоцитам.

C изучением HLA-системы стала возможна разработка новых клеточных технологий, таких как пересадка клеток костного мозга от добровольцев онкогематологическим больным и др.

В современных иммуногенетических исследованиях большое внимание уделяется поискам возможных ассоциаций между антигенами HLA и различными заболеваниями, и к настоящему времени найдено свыше 100 таких ассоциаций.

Связь HLA с заболеваниями базируется как на генетической детерминированности (сцепленности), так и на генетической ассоциации. В первом случае «патологический» ген имеет истинное сцепление с HLA-комп- лексом, то есть локализуется в той же хромосоме. Однако, чаще эта связь проявляется в форме ассоциаций, которые имеют различную степень проявления. В этих случаях можно говорить лишь о предрасположенности к патологии. Причем один и тот же ген может иметь сильную связь с одним заболеванием и слабую связь с другим. В на-

стоящее время установлена большая группа болезней, в определенной степени ассоциированных с отдельными антигенами и гаплотипами (набором антигенов) HLA. Большинство HLA-ассоциированных болезней в той или иной степени являются иммунопатиями, при которых проявляется аутоиммунный или иммунодефицитный компонент. Предрасположенность к этим заболеваниям увеличивает вероятность сбоя в работе иммунной системы.

Для оценки связи HLA-антигенов и заболеваний используют показатель относительного риска заболевания, который определяется как отношение частоты развития заболевания при наличии данного аллеля или его отсутствии (табл. 5.1).

Таблица 5.1. Связь между предрасположенностью к аутоиммунным заболеваниям и определенными гаплотипами HLA

Ассоциации HLA-комплекса с заболеваниями имеют популяционные и этнические особенности. Например, антигены, представленные во всех расах, в определенных этнических группах имеют большую или меньшую фенотипическую частоту.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Дайте определение главного комплекса гистосовместимости.

2.Назовите основные функции МНС.

3.Перечислите особенности генов МНС и их наследования.

4.Охарактеризуйте строение и функции молекул МНС I и II класса.

5.Назовите основные этапы процессинга эндогенных антигенов.

6.Назовите основные этапы процессинга экзогенных антигенов.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

Выберите один или несколько правильных ответов.

1.МОЛЕКУЛЫ МНС II УЧАСТВУЮТ

ВПРЕДСТАВЛЕНИИ АНТИГЕНА И ПРИСУТСТВУЮТ НА ПОВЕРХНОСТИ 1) Нейронов.

2) Всех ядросодержащих клеток.

3) Антигенпрезентирующих клеток.

4) Гепатоцитов.

5) Тучных клеток.

2.Т-ЛИМФОЦИТЫ РАСПОЗНАЮТ АНТИГЕН, ПРЕДСТАВЛЯЕМЫЙ

ВАССОЦИАЦИИ

С МОЛЕКУЛАМИ