1. Естественный иммунитет

Важная роль воспалительной реакции состоит в привлече­нии к месту внедрения чужеродного агента клеток иммунной системы и их активации. Макрофаги, моноциты и другие клетки естественного иммунитета блокируют, поглощают за счет фагоцитоза и разрушают микробные и опухолевые клет­ки. Кроме того, в ходе воспалительной реакции активируют­ся некоторые гуморальные системы защиты, среди которых особенно важной является система комплемента. Белки ком­племента могут разрушать микробные клетки, перфорируя их мембраны. Кроме того, как следует из названия системы за­щиты, она обеспечивает привлечение фагоцитов и других клеток, которые покрывают собой поверхность микробной клетки.

Неспецифические факторы иммунитета обусловливают включение адаптивной реакции лимфоцитов, особенностью которой является вовлечение в иммунный ответ только тех клонов лимфоцитов, которые несут рецепторы, распознаю­щие не свойственные организму антигены. Нативный анти­ген распознается только иммуноглобулиновыми рецептора­ми В-лимфоцитов. Т-лимфоциты, составляющие наряду с В-лимфоцитами основу адаптивного иммунного ответа, рас­познают только антиген или его фрагменты, встроенные в специализированные молекулы поверхности клеток, молеку­лы главного комплекса гистосовместимости (МНС — Major Histocompatibility Complex) I класса. Эти молекулы обнару­живаются на поверхности почти всех клеток организма. В норме молекулы МНС связываются с небольшими пепти­дами длиной 8—10 аминокислотных остатков. Такой комп­лекс мигрирует к поверхности клетки и «представляет» пеп­тид вовне. Если пептид происходит из собственных белков организма, то он не индуцирует иммунный ответ. Однако если пептид образуется в результате распада чужеродного антигена, то он стимулирует реакцию иммунной системы и в первую очередь Т-клеток. Таким образом, В-лимфоциты, являющиеся предшественниками антителообразующих кле­ток, распознают свободный антиген, а предшественники Т-лимфоцитов — антиген, связанный с молекулами МНС (рис. 13.1).

3. Генетическая основа синтеза

ИММУНОГЛОБУЛИНОВ

В ходе иммунного ответа В-лимфоциты дифференцируют­ся в плазматические клетки, которые секретируют антитела. Антитела являются молекулами иммуноглобулинов, пред­ставляющие собой растворимую форму антигенраспознаю- щего рецептора В-клеток. Главной частью мембранного ре­цептора для антигена В-лимфоцитов является молекула им­муноглобулина. Она состоит из двух легких (L) и двух тяже­лых (Н) цепей, которые построены из гомологичных участ­ков, называемых доменами. N-концевые домены цепей обоих типов отличаются высокой вариабельностью и называются V-доменами. Другие домены (один в легкой цепи и несколь­ко в тяжелых цепях) называются константными (С). Эти до­мены отвечают за связывание с компонентами комплемента, с рецепторами на клеточных мембранах, а также выполняют другие функции. Константные домены определяют также основные типы тяжелых и легких цепей.

Рис. 13.1. Участие клеток иммунной системы в иммунном ответе.

Антиген (АГ) обрабатывается антигенпредставляющими клетками (АПК) и презентируется Т-лимфоцитам с участием молекул МНС АПК и корецепторов CD4 и CD8 Т-клеток. Рецепторы В-лимфоцитов способны связывать свобод­ный АГ и презентировать его Т-хелперам. Для активации лимфоцитов, поми­мо связывания АГ, требуется дополнительная стимуляция, которая осуществ­ляется в процессе контактных взаимодействий с АПК (в случае В-клеток — с Т-хелперами), а также при действии цитокинов. Активированные лимфоциты пролиферируют и дифференцируются в эффекторные клетки. CD4⁺ Т-клетки дифференцируются в два типа хелперов — Thl и Th2, которые секретируют наборы цитокинов, указанные на рисунке. Thl активируют макрофаги, что проявляется в усилении фагоцитоза бактерий, разрушении измененных кле­ток организма, секреции цитокинов. Th2 способствуют дифференцировке В-лимфоцитов в плазматические клетки, секретирующие антитела. Антитела связывают свободные и связанные с мембранами АГ, способствуя их расщеп­лению. CD8⁺ Т-клетки при участии ИЛ-2 пролиферируют и дифференциру­ются в цитотоксические Т-лимфоциты, которые разрушают клетки, несущие на поверхности антиген. При дифференцировке лимфоцитов в процессе им­мунного ответа, кроме эффекторных клеток, образуются Т- и В-клетки памя­ти (из: АА. Ярилин. Основы иммунологии. — М.: Медицина, 1999. — С. 12).

Существует 5 типов тяжелых цепей: у, |д, а, 5 и с, они опре­деляют 5 основных классов иммуноглобулинов: соответствен­но G, M, A, D и Е. Незрелые В-лимфоциты продуцируют то­лько IgM, но во время их созревания происходит перестрой­ка генов тяжелых цепей, в результате которой образуются 4 оставшихся класса иммуноглобулинов. Все они отличаются по аминокислотной последовательности, заряду, содержанию углеводных остатков. Каждый класс иммуноглобулинов пред­почтительно локализуется в определенных частях тела и реа­гирует на определенный тип инфекции. Гены, кодирующие Н-цепи, локализованы на хромосоме 14.

Для легких цепей иммуноглобулинов типичны два типа цепей — к и А,, гены которых находятся соответственно в хро­мосомах 2 и 22.

Перед тем как мы перейдем к изложению тех событий, ко­торые происходят с генами иммуноглобулинов при созрева­нии В-лимфоцитов, необходимо сделать два замечания. Во-первых, перестройка и другие изменения этих генов про­исходят в соматических клетках организма, они не затрагива­ют клетки зародышевого пути (генетика соматических кле­ток). Во-вторых, в процессе этих превращений количествен­но и качественно изменяется геном лимфоцитов, что отлича­ет лимфоциты от других соматических клеток организма че­ловека, геном которых количественно на протяжении инди­видуального развития не изменяется.

Как уже отмечено, в геноме человека выявлено три пучка (кластера) генов, определяющих структуру иммуноглобули­нов. Два кластера детерминируют к- и ^-цепи, а третий клас­тер — тяжелые цепи иммуноглобулинов. Каждый кластер включает несколько групп генов: серию V (вариабельных) ге­нов (несколько сотен для Н- и к-цепей), серию D (разнооб­разных) генов в кластере генов для Н-цепей, которая нахо­дится на расстоянии примерно 10 т.п.н. от З’-конца серии К-генов, серию / (соединяющих) генов и, наконец, С (посто­янные) гены. В кластерах генов для к- и A-цепей имеется по одному С-гену, а в кластере генов для Н-цепей — серия С-ге- нов, определяющих основные классы иммуноглобулинов.

Все три кластера генов содержатся в соматических клетках и они не способны обеспечить синтез иммуноглобулинов, прежде чем не произойдет их перестройка, которая приведет к созданию «зрелых» генов иммуноглобулинов. Перестройка в кластерах генов иммуноглобулинов в норме осуществляется только при созревании лимфоцитов. На рис. 13.2 представле­на схема перестройки в кластере генов иммуноглобулинов, приводящая к созданию «зрелых» К-генов.

Во время перестройки специфическая комбинация из от­дельных V- и /-сегментов отбирается для легких цепей и комбинация из отдельных V-, /- и D-сегментов кластеров —

Рис. 13.2. Принципиальная схема перестройки (реаранжировки) ге­нов антигенраспознающих рецепторов лимфоцитов.

Линии между верхним и нижним рядами генов (отражающими рецепторные гены в зародышевом и перестроенном виде) обозначают сближение ранее пространственно разобщенных генетических сегментов (из: А.А. Ярилин. Основы иммунологии. — М.: Медицина, 1999. — С. 22).

для тяжелых цепей иммуноглобулинов. Это сопровождается делецией последовательностей ДНК, разделяющих отдельные К-, /- и ^-сегменты, прежде чем они транскрибируются в мРНК. Делетирование обеспечивается (по крайней мере час­тично) рекомбиназами. Рекомбиназы кодируются генами RAG1 и RAG2. Они инициируют разрывы в двойной нити ДНК в специфических последовательностях, которые флан­кируют V- и ZJ-сегменты. После делеции остается по одному V-, /- и /)-сегменту, которые соединяются лигазами. Этот процесс вырезания и соединения сегментов генов иммуно­глобулинов называется соматической рекомбинацией. После­довательность событий перестройки генов иммуноглобули­нов показана на рис. 13.3.

Перестройка генов сначала идет в одной хромосоме. Если она прошла успешно, то процесс во второй хромосоме бло­кируется, благодаря чему достигается аллельное исключение, т.е. наличие в одной клетке только одного типа иммуногло­булинов. В том случае, когда в результате перестройки обра­зуются К-гены с неправильной рамкой считывания, пере­стройка генов происходит в другой хромосоме. Поскольку возможны различные комбинации отдельных К-, J- и /)~сег- ментов, то в результате перестройки возникает большое чис­ло различных зрелых К-генов и соответственно молекул ан­тител. В процессе сборки К-, /- и £-генов возникают неболь­шие вариации в позициях соединяемых генов, а кроме того, небольшое число нуклеотидов может делетироваться или на­оборот добавляться в местах соединения сегментов. Это еще больше увеличивает разнообразие аминокислотных последо­вательностей антител.

После того как В-лимфоциты стимулируются чужеродным антигеном, происходит их «вторичная дифференциация» за счет возникающих с высокой частотой соматических мутаций в генах иммуноглобулинов в каждом митотическом делении

\

О

V

бразование

"

Формирование Р- и N- последо­вательностей

шпилек"

TdT

	*
и	ЩЩЦ I |	1 i ii	/
V		I i ieisWe	J
		4

TdT

i

После перестройки					\
	V	P	N	P

Рис. 13.3. Перестройка (реаранжировка) рецепторных зародышевых генов.

V, J — генетические участки. Цифры на двух верхних схемах (сверху) — чис­ло нуклеотидов в отрезках генома, вовлекаемых в формирование петли, на 3- и 4-й схемах — участки, прилегающие к V- и /-генам, которые вовлека-

лимфоцитов. Это вызывает небольшие вариации в последова­тельности нуклеотидов ДНК, кодирующей иммуноглобули­ны, и, следовательно, в их способности связывать пептиды. Разнообразие антител, которые продуцируются зрелыми В-лимфоцитами, возрастает еще больше.

Дальнейшее увеличение разнообразия создается за счет случайного комбинирования тяжелых и легких цепей в про­цессе сборки иммуноглобулинов. Все перечисленные меха­низмы повышения разнообразия спектра антител суммарно обеспечивают Ю¹⁰ — 10¹⁴ разных типов антител, продуцируе­мых В-лимфоцитами.