Джефферсон - Сборник упражнений и задач - 2000 / Student Guide25

201	Глава 25: Иммунная система

Глава 25

Иммунная система

Резюме главы

В этой главе описываются механизмы защиты организма от чужеродных патогенных агентов, таких как бактерии и вирусы. Рассматриваются два главных защитных механизма, включающие антитела и цитотоксические киллерные клетки. Особое внимание уделено важности подавления аутоиммунных реакций. Разбирается общее строение пяти главных иммуноглобулинов. Обсуждается механизм активации, включающий главный комплекс гистосовместимости (МНС), а также роль Т-клеток- хелперов, молекул CD4 и CD8. Большое внимание уделено воздействию вируса СПИДа на иммунную систему.

Цели урока

♦Главная функция иммунной системы.

♦Природа и некоторые примеры аутоиммунных заболеваний.

♦Два главных защитных механизма, включающих антитела и цитотоксические киллерные клетки.

♦Функции В-клеток, Т-клеток-хелперов и Т-клеток-киллеров.

♦Механизм стимуляции В-клеток Т- клетками-хелперами.

♦Значение того факта, что каждая В- клетка может синтезировать только одно антитело, а каждая Т-клетка реагирует только на один антиген.

♦Предполагаемый механизм подавления аутоиммунного ответа.

♦Роль белка перфорина в процессе апоптоза.

♦Структура иммуноглобулинов.

♦Пять основных классов иммуноглобулинов и их функциональные различия.

♦Как достигается разнообразие антител.

♦Существование аллельного исключения и аффинного созревания.

♦Роль главного комплекса гистосовместимости (МНС - major histocompatibility complex) в процессе активации В-клетки.

♦Роль рецепторов Т-клеток (TCRs) на Т-клетках-хелперах, узнающих комплекс МНС-антиген.

202	Глава 25: Иммунная система

♦Ðîëü антиген-представляющих клеток (APCs)

♦Значение белка CD4

♦Роль цитокинов, высвобождающихся при взаимодействии Т-клеток- хелперов с В-клетками.

♦Клетки памяти.

♦Механизм, с помощью которого Т- клетки-киллеры узнают и убивают аномальные клетки организма и роль гликопротеина CD8 в этом процессе.

♦Биологическая целесообразность различий молекул МНС у отдельных индивидуумов.

Прогулка по главе

Природа иммунной системы

Иммунная система защищает организм от ……………….(1) агентов, таких как бактерии и вирусы. Один из наиболее важных принципов функционирования иммунной системы состоит в «ненападении» на собственные белки и другие молекулы организма. Ошибки в этой системе приводят к развитию ……………….(2) заболеваний. Некоторые из них приведены в следующей таблице.

Аутоиммунное заболевание	Эффект
...................................(3)	Разрушаются ацетилхолиновые рецепторы в
	мышце
...................................(4)	Продуцируются антитела, перекрестно
	реагирующие с белковым компонентом сердца
Инсулинзависимый диабет	........................................(5)

У иммунной системы существуют два защитных механизма: образование ……………………(6)

(гуморальный ответ) и иммунитет …………….…………(7). Антитела представляют собой белки, которые вырабатываются при иммунном ответе и связываются с ……………(8). При иммунном ответе клеточного типа …………….(9) клетки-киллеры уничтожают инфицированные клетки, вступая с ними в прямой контакт. Антитела синтезируются клетками ……………….…..(10), названными плазматическими клетками, которые образуются при соответствующей стимуляции В-клеток. Клетки-киллеры являются Т-лимфоцитами, [Т для обозначения ………………(11)]. Все лимфоциты развиваются в ………………(12) мозге из ………………….(13). В-клетки стимулируются при встрече с …………….(14) и контакте с клетками …………….(15), которые узнают …………..(16) антиген. ………………(17) лимфоцитов не зависит от антигена, тогда как

…………….(18) зрелого лимфоцита является антиген………………(19).

Глава 25: Иммунная система		203
	Тип клеток	Функция
	.........................(20)	Продуцируют антитела после активации и созревания в
		плазматические клетки
	.........................(21)	Участвуют в активации и созревании В-клеток
	.........................(22)	Связываются с клетками хозяина, обнаружив в них
		чужеродный антиген, и убивают, их перфорируя мембрану
		или индуцируя апоптоз.

Ответы: (1) патогенных; (2) аутоиммунных; (3) Миастения; (4) Ревматическая атака; (5) Разрушаются клетки поджелудочной железы; (6) антител; (7) клеточного типа; (8) антигенами; (9) цитотоксические; (10) лимфоцитами; (11) тимуса; (12) костном; (13) стволовых клеток; (14) антигеном; (15) Т-хелперами; (16) тот же самый; (17) Созревание; (18) дифференцировка; (19) зависимой; (20) В-клетки; (21) Т-клетки-хелперы; (22) Т-клетки-киллеры.

Заполните следующее

Общий обзор стратегии

Из огромного числа образованных В- и Т-клеток, каждая В-клетка может продуцировать только одно специфическое ………………(1), а каждая Т-клетка реагирует только на единственный

……………(2). Один из механизмов, объясняющих, каким образом организм может подавлять

…………….(3) ответ, состоит в том, что при созревании В-клетки …………….(4) большого количества компонентов ………….(5) и любые………………(6), которые могли бы продуцировать

…………….(7) к ним элиминируются. В этом процессе участвуют незрелые В-клетки,

…………….(8) молекулы антител на своей ………….(9). В том случае, если происходит иммунный ответ, В-клетки …………..(10). При созревании в тимусе Т-клетки также выставляют антигенспецифические ……………….(11) и подвергаются аналогичному ….…………(12) в реакции против самого организма. Эта теория получила название теории ………………....(13) селекции. Исключение составляют некоторые липополисахариды клеточных стенок грам-отрицательных

204	Глава 25: Иммунная система

……………..(14); они могут стимулировать В-клетки и без сигнала хелперных Т-клеток. Важным компонентом механизма, с помощью которого киллерные Т-клетки разрушают несущие чужеродные антигены клетки, является функционирование белка …………(15), который делает мембрану инфицированной клетки ……………(16), вызывая программированную гибель клеток, названную …………..(17).

Ответы: (1) антитело; (2) антиген; (3) аутоиммунный; (4) подвергаются воздействию; (5) аутоантигенов; (6) В-клетки; (7) антитела; (8) выставляющие; (9) поверхности; (10) элиминируются; (11) рецепторы; (12) скринингу; (13) клональной; (14) бактерий; (15) перфорина; (16) пористой; (17) апоптозом.

Иммуноглобулины

Антитела относятся к классу белков ………………….(1) (Ig). IgG представляют собой Y-образную молекулу с двумя идентичными ………….(2) (L) полипептидными цепями и двумя идентичными

…………….(3) (Н) цепями, удерживаемыми вместе дисульфидными связями. Существуют также

………….(4) области цепей, которые образуют идентичные ………….(5) связывающие участки, по одному на каждой из цепей. Специфический участок молекулы антигена, узнаваемый антителом, называется ………………(6). Антигены и антитела объединяются, образуя комплекс, активирующий систему .......………….(7), группу белков……………….(8), которые осуществляют каскад биохимических реакций, приводящих к ………….(9) плазматической мембраны атакуемой клетки. Есть и другой вариант, когда связанная с антителом клетка может быть ……………(10)

фагоцитирующими ……………(11) в ходе рецептор-опосредованного процесса. ………..(12) главных классов иммуноглобулинов отличаются один от другого по константной области их …..…………….(13) Н цепей.

Kласс иммуноглобулинов	Функции/свойства
.....................................(14)	Первое образованное (в ответ на воздействие) антитело;
	полимерная форма с 10 антиген-связывающими участками
.....................................(15)	Образуется при повторных воздействиях того же самого антигена
....................................(16)	Важен на первой линии защиты, поскольку он переносится через
	мембрану эпителиальной клетки и поэтому активен в наружной
	мембране клеток слизистой оболочки
....................................(17)	Сенситизирует тучные клетки и участвует в освобождении
	гистамина и развитии аллергических симптомов. Играет роль в
	синтезе PAF (фактор активации тромбоцитов) у некоторых
	сенситизированных индивидуумов.
...................................(18)	Функции неизвестны.

Глава 25: Иммунная система	205

Интересно, что В-клетки могут переключаться с образования одного типа …………………...(19) на другой, проявляя при этом специфичность к одному и тому же антигену. Многообразие антител не обусловлено существованием отдельного ……….(20) для каждого возможного антитела. Оно достигается тем, что около 300 участков на молекуле ДНК кодируют …………..(21) область (V), четыре различных участка ДНК ответственны за синтез ………………(22) области (J), в то время как …………….(23) область L-цепи идентична у всех молекул Ig. При рекомбинации в результате случайной …………….(24) сегментов происходит соединение одного V-сегмента с одним J- сегментом. Точное число лигирующих последовательностей ДНК, подсчитать невозможно, так что образуется около …………(25) вариантов L-цепи. Гены, кодирующие Н-цепь, подвергаются сходной рекомбинации путем случайной селекции, поэтому образуется множество возможных ……..………..(26), при этом каждая В-клетки продуцирует только один тип антител. Явление, известное как ……………..(27) исключение, гарантирует, что только в одном из двух наборов хромосом экспрессируется пул генов ………………(28). Существует также феномен, известный как аффинное……………….(29), когда в ходе размножения В-клеток появляются мутации в V- области и происходит отбор и размножение тех …………..(30), которые продуцируют наиболее эффективные антитела.

Ответы: (1) иммуноглобулинов; (2) легкими; (3) тяжелыми; (4) вариабельные; (5) антиген-; (6) эпитопом; (7) комплемента; (8) крови; (9) перфорации; (10) поглощена; (11) лейкоцитами; (12) Пять; (13) тяжелых; (14) IgM; (15) IgG; (16) IgA; (17) IgE; (18) IgD; (19) иммуноглобулина; (20) гена; (21) вариабельную; (22) соединяющей; (23) константная; (24) селекция; (25) 3000; (26) антител; (27) аллельное; (28) иммуноглобулинов; (29) созревание; (30) В-клеток.

206	Глава 25: Иммунная система

Заполните следующее

Процесс активации

При связывании…………..…….(1) с фиксированным мембране В-клетки …………..(2) происходит

……………..(3) антигена. В-клетки расщепляют его до небольших ……………….(4), которые возвращаются опять на клеточную поверхность, занимая связывающие участки молекул МНС [главного комплекса ……………..(5)]. Они узнаются рецепторами клеток ……………….(6)

[………………….(7)] - рецепторами Т-клеток, специфичными для комплекса ……….………….(8). Клетки Т-хелперы узнают антигены лишь после того, как они поглощаются специальными

………………..(9) - антиген-………………(10) клетками (АРС), которые представляют антиген рецепторам МНС ………….(11). Этому процессу способствует белок ………………(12) (кластер дифференцировки 4), который является рецептором, связывающим вирус СПИДа. Т-хелперы активируются при связывании с соответствующим …………………(13) на поверхности

…………(14). Когда активированный Т-хелпер встречается с ………………(15), которая представляет тот же самый комплекс МНС-антиген, что был……………….(16) представлен Т- клетке АРС, то происходит связывание Т-клетки и высвобождение …………..……(17). Последние вызывают ………………..(18) В-клеток с образованием …………..(19) клеток, секретирующих

……………..(20). Часть активированных В-клеток становится клетками …………….(21),

циркулирующими в течение многих лет и готовыми к быстрому ответу на повторное

Глава 25: Иммунная система	207

инфицирование. ……..……….(22) киллерных Т-клеток узнают антигены на молекулах МНС

……………(23) и при помощи поверхностного гликопротеина ……………(24) взаимодействуют с МНС класса I. Киллерные Т-клетки узнают и убивают ставшие ……………(25) клетки организма. Инфицированные вирусом клетки узнаются по …………….(26) вирусного белка, связанного на поверхности клетки с молекулами ……………..(27) класса I.

Ответы: (1) антигена; (2) антителом; (3) интернализация; (4) фрагментов; (5) гистосовместимости;

(6) Т-хелперов; (7) ТСR; (8) МНС-антиген; (9) макрофагами: (10) представляющими; (11) класса II; (12) CD4; (13) МНС-антигеном; (14) АРС; (15) В-клеткой; (16) исходно; (17) цитокинов; (18) дифференцировку; (19) плазматических; (20) антитела; (21) памяти; (22) Рецепторы; (23) класса I; (24) CD8; (25) аномальными; (26) фрагментам; (27) МНС.

Заполните следующее

Чужеродные клетки человека

Иммунная система организма мощно отторгает ………….(1) человеческие клетки, поскольку молекулы МНС разных индивидуумов отличаются друг от друга в силу ……………….(2) генов среди популяции, имеющих много ……………..(3) или вариантов. Любые различия в молекулах МНС будут ………….(4), поскольку клетки иммунной системы будут рассматривать чужеродную

208	Глава 25: Иммунная система

молекулу МНС как собственную, связанную с ……………..(5) антигеном. Это различие между молекулами МНС помогает снизить вероятность распространения ……………..(6) среди целой

……………….(7).

Ответы: (1) чужеродные; (2) полиморфизма; (3) аллелей; (4) антигенными; (5) чужеродным; (6) болезни; (7) популяции.

Обзор вопросов в конце главы 25

∙Все иммуноглобулины класса G имеют две тяжелые и две легкие полипептидные цепи, связанные ковалентно дисульфидными связями. В каждая молекула также различают константную область, обычно сходную у различных индивидуальных IgG, и вариабельную область, имеющую, как следует из названия, значительно большие различия у отдельных молекул. Общая структура молекулы имеет Y-образную форму с антигенсвязывающим доменом

âвариабельном участке на концах вилки Y.

∙Существует множество сегментов на ДНК, включая 300 кодирующих V-область (вариабельную) и 4 кодирующих (соединительный) J-сегмент, которые могут рекомбинировать с образованием большого числа вариантов, включающих один V- и один J-сегменты. Этот процесс заключается

âкомбинировании сегментов гена с образованием первичного РНК-транскрипта, который далее подвергается сплайсингу с образованием мРНК легкой цепи иммуноглобулина.

Тип клеток	Функция
В-клетки	Продукция антител после активации и созревания в
	плазматические клетки
Т-хелперы	Участвуют в активации и созревании В-клеток
Т-киллеры	Связываются с клетками хозяина, представляя
	чужеродный антиген, и убивают их путем перфорации
	мембраны или индуцирования апоптоза

∙Антиген-представляющие клетки узнают, связывают, интернализуют, подвергают процессингу и метят (молекулами МНС класса II) антигены, которые затем появляются на наружной поверхности клетки.

∙Молекулы МНС класса I присутствуют в большинстве клеток организма. Т-киллеры взаимодействуют только с клетками -хозяевами, выставляющими чужеродный антиген на своих молекулах МНС класса I. Таким образом одни и те же молекулы МНС класса I присутствуют на поверхности клетки-хозяина и цитотоксической Т-клетки.

∙Cелекция клона В-клеток в процессе роста и пролиферации зависит от взаимодействия с антигеном.

Глава 25: Иммунная система

209

∙Åñëè В-клетка взаимодействует с антигеном в костном мозге, или, если Т-клетка взаимодействует с антигеном в тимусе, то такая клетка подвергается элиминации.

∙Иммуноглобулины «сконструированы» таким образом, что у них отсутствует якорная полипептидная последовательность и поэтому они не нуждаются в прикреплении к мембране.

∙После начальной активации В-клетки происходят мутации вариабельного участка молекулы иммуноглобулина с последующей антиген-зависимой селекцией, что обеспечивает продукцию оптимального (среди возможных) антител.

∙Хелперные Т-клетки имеют белок CD4, а цитотоксические Т-клетки белок CD8. Белок CD4 связывается с молекулами МНС класса II, а CD8 - с молекулами МНС класса I. Белок CD4 служит рецептором для вируса СПИДа, при помощи которого последний инфицирует Т- хелперы.

Дополнительные вопросы к главе 25

1.Что такое антиген?

2.Каково другое распространенное название макрофагов?

3.Чем стволовые клетки отличаются от коммитированных?

4.В каком процессе участвует эритропоэтин?

5.Что означает термин виргильная В-клетка?

6.Какие молекулы способны стимулировать образование виргильной В-клеткой антител без участия Т-хелперов?

7.Что такое эпитоп?

8.Возможно ли связывание одной молекулы антигена различными антителами?

9.Что такое клетки памяти?

10.Что такое цитокины и какова их роль в иммунном ответе?