Выделения иммуноглобулинов из сыворотки крови с помощью бесколоночного фракционирования на ДЭАЭ - сефадексе А50

Важнейшие факторы специфического иммунитета - иммуноглобулины, осуществляют гуморальную защиту организма.

Дж. Хереманс (1959), изучая активность иммунной сыворотки человека, обнаружил, что антитела содержатся, по меньшей мере, в трех фракциях сыворотки: в - и в двух фракциях - глобулинов, называемых ₂А и ₂М - глобулинами. Эти фракции, активные в иммунологическом отношении, Хереманс предложил назвать иммуноглобулинами (Ig). Предложение Дж. Хереманса легло в основу международной номенклатуры, принятой в 1964 г. специальной комиссией ВОЗ. По этой номенклатуре -глобулин называется IgG, B₂A-глобулин - IgA и В₂М - IgM. Иммуноглобулин состоит из двух легких (L) и двух тяжелых (Н) полипептидных целей. Причем каждый класс иммуноглобулинов характеризуется особым типом тяжелых цепей , , , d, .

Легкие цепи бывают двух типов - или , каждая из которых отличается С - концевой последовательностью аминокислот. Как тяжелые, так и легкие цепи состоят ив двух различных участков (областей) - вариабельной (V) и постоянной (С). С-концевая половина полипептидной цепи имеет постоянную аминокислотную последовательность, а ее N - концевая часть - вариабельную. Каждый постоянный (С_l) и вариабельный (V_l) участок легкой цепи включает 107-110 аминокислотных остатков.

Тяжелые цепи построены их четырех участков - V_H, C¹_H, C²_H, C³_H. Вариабельные участки их состоят приблизительно из 110-114 аминокислотных остатков, постоянные - 330.

В вариабельной части полипептидных цепей находятся определенные, так называемые "гипервариабельные участки", с наибольшим числом аминокислотных замен. В легких цепях они расположены между 24-34; 52-55; 89-97 аминокислотными остатками. Гипервариабельные участки тяжелых цепей занимают аналогичные положения, но точная локализация их пока не установлена (Кульберг, 1975; Поляк 1981).

Наличие вариабельных участков дает молекулам антител возможность приспосабливаться к разнообразным антигенным детерминантам. Строение постоянных областей тяжелых цепей определяет эффекторные функции молекул к поверхностям макрофагов. В-лимфоцитов, тучных клеток, а также проникновение через плацентарную мембрану (Егоров, 1972; Leslie, Cohen, 1973).

Гибкость молекул иммуноглобулинов, обеспечивающая приспособляемость к различным конфигурациям молекул антигена, обусловливается также наличием особого "шарнирного участка" в середине тяжелых цепей, содержащего много остатков аминокислоты пролина и препятствующего образованию вторичной структуры.

В настоящее время на основании изучения первичной структуры полипептидных цепей выдвинута так называемая "доменная" гипотеза строения иммуноглобулинов, согласно которой молекулу иммуноглобулинов можно разбить на участки с относительно независимыми конфигурациями в виде глобул. Каждый домен состоит приблизительно из 100-110 аминокислотных остатков и имеет одну дисудьфидную связь, которая связывает участки цепей, образуя петлю из 60 аминокислотных остатков (Еdelman, 1970; Незлин, Рохлин, 1970; Роljak, 1972).

Молекула иммуноглобулина G состоит из 12 доменов: по 4 в тяжелых и по 2 в легких полипептидных цепях (рис.1). Используя молекулярные модели и ряд общих термодинамических принципов укладки третичной структуры белков, установлено, что конформации всех 12 доменов иммуноглобулина G характеризуются большим количеством - складок и наличием одно-двух витков - спиральной структуры (Завьялов, Троицкий, 1973).

На основании изучения воздействия протеолитических ферментов сделан вывод, что молекулы иммуноглобулинов состоят из в трех фрагментов двух типов, связанных гибкими участками полипептидных цепей: два из них названы Fab - и один Fc - фрагментами (Рогtег, 1959, 1960; Utsumi Karush, 1955, 1967).

В состав FAB - фрагментов входят целая легкая цепь и N - концевая половина тяжелой цепи. Структурная особенность FAB - фрагмента наличие двух глобулярных субъединиц - V и С. V построена из двух доменов V_H и V¹_L, а С - из C_L и C¹_H. Fc-фрагмент содержит по два домена - C²_H и Сн³ (Роljak, 1972).

Рис. 1. Схема строения молекулы IgG1 человека (из книги Иммуноглобулины". - М.: Мир., 1981). L - цепи разделены на две гомологичные области VI. (вариабельная) и СL (константная). Утолщенные линии Н-цепей соответствуют шарнирному участку. Показаны 4 гомологичные области Н-цепей (VF, С¹_Н, С²_Н, С³_Н), внутри - и межцепочные дисульфидные связи, N - концевые участки обоих цепей и основные фрагменты (FAB, FAB' и Fc).

В состав молекул некоторых классов иммуноглобулинов входят дополнительно полипептидные цепи. В молекуле сывороточного и секреторного иммуноглобулина А она названа J - цепочкой. (НАLPERN, KOSHLAND, 1970). Выяснено, что аналогичные полипептиды содержатся также и в молекулах иммуноглобулина М (Меstresky et al., 1971). J-цепочки иммуноглобулинов М и А имеют одинаковые молекулярную массу, электрофоретическую подвижность, антигенную специфичность и аминокислотный состав (Меtresky et al, 1971; Моrrison, Коshland, 1972). В полимерных молекулах иммуноглобулинов различных видов животных также содержится полипептид, аналогичный полипептиду J - цепочки иммуноглобулинов человека (Kobajashi et al, 1973).

Молекулярная масса J - цепи колеблется от 14 000 - 27000. Такое расхождение объясняется, по-видимому, склонностью J цепей образовать димеры (Коshland, 1975). Содержание углеводов в них около 7,5 моль %. Определен аминокислотный состав J - цепей выделенных из IgA и IgМ человека, а также животных. Изолированные цепи отличаются высоким содержанием аспарагиновой, глутаминовой кислот и цистеина и почти полным отсутствием триптофана (Morrison, Коshland, 1972; Zikand 1972; Kehoe et al, 1972; Mestesky et al 1975).

Предполагается, что J цепи необходимы для присоединения секреторного компонента к IgA и облегчают димеризацию IgA b и полимеризацию IgМ. По мнению Л.В. Часовниковой и др. (1983), большая информационная стабильность молекул IgA, по сравнению с IgM обусловлена наличием J - цепи, объединяющей молекулу IgA в димерную форму.

В состав секреторного IgА входит еще один полипептид, названный секреторным компонентом (Brandtzaeg, 1968, 1974; Fomasi et al, 1968). Секреторный компонент обнаружен у всех видов сельскохозяйственных животных, коров (Mashetal, 19б9; Butler et al, 1972); свиней (Bourle, 1969); кроликов (Halperl, Koshland, 1970); овец и коз (Pahud Mach, 1970); лошадей (Pahud Mach, 1972). Он существует как в связанном с секреторным IgA - (сСК), так и в свободном виде - (нСК). Молекулярная масса связанного и свободного секторного компонентов у человека колеблется от 50 000 до 90 000, у овец, коз и лошадей молекулярная масса нСК 80 000 - 85 000 (Pahud Mach, 1970, 1972). Содержание углеводов - 15,9 - 22,8%. Определен также аминокислотный состав свободного секреторного компонента у человека, крупного рогатого скота и собаки (O'Daily, Cerba, 1971; Fomasi, Jrey, 1972; Mestesky, 1972; Fhopson et al, 1975).

Секреторный компонент связан о шарнирной областью молекулы IgА в зоне расположения углеводов (Winkelhanke, 1979). Полагают, что его функция заключается в защите секреторного IgА от воздействия протеолитических ферментов, что очень важно (Стефани, 1973; Чернохвостова, 1974).

Активные центры - участки молекул, от которых зависит способность антител специфически связываться с антигеном. Обычно они занимают небольшой участок (приблизительно 2% от всей поверхности целой молекулы антитела), который, находясь в Fab - фрагментах, придает молекуле иммуноглобулина уникальные изменчивость и специфичность (Носсел, 1973).

Известно, что в построении активного центра участвуют только гипервариабельные участки как тяжелых, так и легких цепей Fab-фрагмента (Poljak et al, 1973, Padlan et al, 1973; Leslie et al, 1973). При этом основная роль принадлежит тяжелым цепям, а легкие участвуют в пространственной организаций тяжелых, препятствуя их агрегации.

Углеводные компоненты. Все классы иммуноглобулинов отличаются друг от друга количественным содержанием углеводного компонента. Наиболее богаты углеводами иммуноглобулины М, А, Е и Д (7,5 - 12,0%). В молекулах IgG содержится около 2,9% углеводов. В составе иммуноглобулинов обнаружены манноза, галактоза, галактозамин, глюкозамин, фукоза и сиаловая кислота.

Изучение углеводных групп представляет большой интерес, обусловленный их участием в самосборке молекулы иммуноглобулина М из полимеризующихся субъединиц (Каверзнева и др., 1975; Лапук и др., 1975; Хургин и др., 1975; Каверзнева, 1981; Каверзнева, Чухрова, 1984; Каверзнева, 1984).

Предполагается, что включение глюкозомина и маннозы на раннем этапе сборки в тяжелую цепь молекул иммуноглобулинов способствует конформационным изменениям, облегчающим замыкание S-S - связей. Эти углеводы играют определенную роль при секреции иммуноглобулинов из продуцируемых клеток (Сидорова, 1971).

Электрофоретические свойства. Иммуноглобулины - наименее заряженные белки сыворотки крови и обладают малой электрофоретической подвижностью. В электрическом поле при щелочных значениях среды иммуноглобулины G и его подклассы занимают область - гдобулинов, М и А зону - глобулинов.

Антигенные свойства.1. Молекулы иммуноглобулинов имеют различные антигенные структуры. Все их антигенные детерминанты кодируются тремя несцепленными группами аутосомных генов. Одна группа кодирует тяжелую цепь того или иного класса, другая - легкую k - типа, третья - легкую -типа.

2. Так как полипептидные цепи состоят из двух различных участков - вариабельного (V) и постоянного (С), каждая из трех групп генов включает набор генов вариабельной - V и постоянной областей - С-гены. Таким образом, синтез каждой полипептидной цепи молекулы иммуноглобулина контролируется двумя структурными генами, а не одним, как при синтезе других белков. Один ген кодирует вариабельную область цепи, другой - постоянную. Этот факт дополняет существующее правило "один ген - одна полипептидная цепь" (Фуденберг и др., 1975). Причем существуют многие гены для вариабельных областей полипептидной цепи, что связано с многообразием специфических активных центров.

3. Выяснилось, что V-гены тесно сцеплены c С-генами и располагаются не только на одной хромосоме", но и в непосредственной близости. Сборка целой молекулы иммуноглобулина происходит из двух тяжелых и двух легких цепей (2Н2L_к или 2Н2L), синтезированных по генетическим матрицам, расположенным в двух разных хромосомах. По некоторым представлениям (Кульберг, 1985; Петров, 1987), вначале соединяется одна из легкой и тяжелой цепей, а затем обе части собираются в целую молекулу.

4. Показано, что в одной хромосоме расположены гены, детерминирующие синтез V - участка тяжелой цепи, а также гены С-участка иммуноглобулинов G, М, А, т.е. в одной цепочке находятся гены V, С, С, С. Установлено, чтоV_H участок цепи, кодируемый одним геном, может быть обнаружен в составе IgМ, IgG и IgA, т.е. может быть соединен с постоянными участками тяжелых цепей разных классов - С, С, С. Вопрос о выборе клеткой V - или С - гена при синтезе иммуноглобулина изучался многими авторами. (Незлин, 1972, Рохлин, 1976, Петров, 1982, 1987).

Каждая индивидуальная клетка вырабатывает антитела только одной специфичности по правилу "одна клетка " одно антитело" (Петров, 1987). Это означает, что в клетке активно функционируют только один вариант гена V_H, один - гена С_H и по одному соответствующему гену одной из легких цепей. Все остальные структурные гены выключены. В каждой отдельно взятой антителообразующей клетке из всего множества структурных генов иммуноглобулинов функционирует их минимальное количество, необходимое для синтеза антител одной специфичности и одного типа. Таким образом, в основе многообразия специфичности антител лежит функционирование в лимфоидной системе большого количества клеток и их потомков - клонов клеток - продуцентов одного вида антител. Следовательно, количество специфичностей антител соответствует количеству клонов клеток - антителопродуцентов, различающихся генами, функционирующими в них.

Установлено, что V-ген данной специфичности способен поочередно ассоциировать с генами, кодирующими С, С, С, т.е. антителообразующие клетки способны переключать синтез иммуноглобулина М на IgG и на IgA, не изменяя антительной специфичности. Таким образом, антитела против альбумина быка могут находиться как во фракции IgG, так и во фракциях: иммуноглобулинов М и А.

Иммуноглобулин G