Почему антитела специфичны и как приобретается аутотолерантность

Вернемся к проблеме различения своего и не-своего. Мы уже говорили, что для различения своего и не-своего антитела должны быть специфичными. Таким образом, для того чтобы отличать огромный внутренний мир молекул от внешнего мира (а некоторые химические характеристики этих миров одинаковы), эволюция обеспечила ошеломляющее разнообразие молекул, распознающих антигены. Антитела каждой специфичности клонально экспрессируются в популяции тысяч клеток, и простой механизм удаления клона выбраковывает те клетки, которые реагируют на самого себя. Это придает особое значение специфичности и разнообразию антител. В качестве простого, но не строго корректного сравнения [2] можно привести четкость изображения на экране телевизора, которая зависит от числа минимальных элементов изображения (пикселов) в строке экрана. Чем плотнее строка, тем четче изображение. Для того чтобы легко различать разные участки и, следовательно, идентифицировать изображение, необходимо иметь набор разных пикселов (светлые, темные, красные, зеленые и так далее). По аналогии, чем меньше специфичных антител и рецепторов Т-лимфоцитов, тем большему риску уничтожения они подвергаются в процессе установления аутотолерантности. Если бы все они были неспецифичны, было бы два возможных исхода. Первый — после того, как установилась аутотолерантность, у нас не осталось бы иммунной системы. И второй — если бы аутотолерантности не существовало, наша собственная иммунная система атаковала бы и разрушала организм, которому она принадлежит.

Поскольку мы приняли необходимость существования аутотолерантности, мы должны считать аксиомой утверждение, что аутотолерантность каждого индивида должна «обучаться» в дарвиновском смысле этого слова. Поясним это. Если самцы инб-редной линии А мышей скрещиваются с самками генетически другой инбредной линии В, то появляется потомство, которое унаследовало разные гены от разных родителей. Мыши линии А генетически запрограммированы производить в клетках и тканях молекулы А-антигена, тогда как мыши линии В запрограммированы производить В-антигены. В некотором смысле это напоминает правила переливания крови у человека для системы групп крови АВО. Взрослые особи линии А всегда будут развивать анти-В иммунную реактивность (естественно развивающиеся антитела и Т-клетки), а особи В будут развивать анти-А реактивность. Таким образом, ткань, пересаженная от А к В и, наоборот, от В к А, всегда будет отторгаться. Однако потомки генетически различающихся родителей будут по своему антигенному составу АВ, и это представляет для них серьезную проблему. Если бы аутотолерантность не приобреталась в ходе развития, АВ потомки этого скрещивания не могли бы выжить. Они должны были бы саморазрушиться, как только их иммунная система приобрела бы способность реагировать на свои собственные клетки. Однако мы знаем, что популяции человека и большинство популяций диких животных чрезвычайно разнообразны по генам, кодирующим антигены гистосовмести-мости. Следовательно, каждый из нас несет разные комбинации этих антигенов, унаследованных от родителей. То есть, все мы похожи на гибридов АхВ, изображенных на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Толерантность к собственным антигенам не детерминирована генетически. Мелвин Кон и его коллеги Петер Бретчер и Род Лангман неоднократно подчеркивали этот ключевой момент. На рисунке показан результат эксперимента, поставленного природой (случайные скрещивания генетически различающихся индивидов). Поскольку взрослое потомство АВ не разрушает само себя аутоиммунной реакцией, это со всей очевидностью свидетельствует о том, что толерантность приобретается в ходе развития организма. Клонально-селекционная теория Макфарлейна Бернета объясняет, как это достигается путем дарвиновского отрицательного отбора в иммунной системе — уничтожением «запрещенных» клонов, направленных против собственных антигенов (рис. 4.1).

Очевидно, что индивид АВ на какой-то стадии своего развития должен «научиться» быть толерантным и к А-, и к В-антигенам. То есть, механизм аутотолерантности должен приобретаться «соматически». В начале 1950-х годов Питер Медавар и его коллеги экспериментально подтвердили эти теоретические предположения, впервые сформулированные Макфарлейном Бернетом и Фрэнком Феннером (Fenner) в 1949 г. Группа Медавара показала, что, если новорожденным мышам линии В ввести клетки линии А, они вырастают толерантными к трансплантатам кожи линии А. Таким образом, мышей линии В можно было соматически модифицировать так, что они приобретали способность не отторгать кожные трансплантаты линии А, которые в норме у взрослых отторгаются (рис. 4.3). Вернет и Медавар в 1960 г. получили Нобелевскую премию за открытие приобретенной иммунной толерантности.

Рис. 4.3. Эксперимент Питера Медавара по приобретенной неонатальной толерантности. Питер Медавар, Лесли Брент и Руперт Биллингем провели свои эксперименты в 1940-х-начале 1950-х годов. Результаты экспериментов согласуются с клонально-селекционной теорией Макфарлейна Бернета. Они показали, что введение в организм на ранних стадиях неонатально-го развития чужих клеток из костного мозга может индуцировать приобретенную иммунологическую толерантность. Введение на этих стадиях чужеродного антигена вызывает уничтожение клонов, направленных против чужих. В результате иммунная система начинает относиться к чужим тканям как к своим.

Итак, мы приходим к заключению, что необходимая для приобретения и иммунности, и толерантности соматически обучающаяся программа основана на ключевом взаимодействии (или связывании) антигенов с клонально экспрессирующи-мися поверхностными молекулами, распознающими антигены (антитела, ТкР). Это достигается в процессе дарвиновского отбора, действующего в популяции лимфоцитов. Это — основной принцип функционирования иммунной системы. Мы объясним в дальнейшем, что обратная связь между генами сомы и половых клеток дает логически последовательное объяснение всех уникальных молекулярно-генетических свойств иммунной системы. Но, прежде чем вести читателя дальше, мы должны потратить немного времени на описание деталей строения ДНК-последовательностей генов Ig и ТкР и некоторых необычных свойств этих генов.