Иммунология и иммуногенетика

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Иммунология

В рамках старой классической иммунологии (Л.Пастер, И.Мечников) иммунология определялась как наука о невосприимчивости организма к инфекционным болезням. В настоящее время такое понимание иммунитета как части учения об инфекциях есть сужение границ предмета и искажение его сущности.

Иммунология - наука об иммунитете - изучает генетические, молекулярные и клеточные механизмы реагирования организма на чужеродные субстанции, именуемые антигенами.

Главной функцией иммунитета является надзор за внутренним постоянством многоклеточных популяций организма.

В 1945 году английский исследователь Питер Медавер доказал, что иммунитет защищает организм не только от микробов, но и от клеток тканей любого другого генетически чужеродного организма. Было доказано, что механизм защиты срабатывает на чужие клетки, ткани или органы в том случае, если они отличаются всего по одному гену гистосовместимости. Такие клетки или просто вещества, несущие признаки генетической чужеродной информации называют антигенами. На попадание этих веществ (тел) в организм, организм отвечает выработкой антител, которые должны нейтрализовать антиген, попавший в организм. Но антиген может образоваться в организме в результате клеточных мутаций. Частота мутаций в природе невелика, мутирует одна клетка из миллиона, то есть эта клетка становится генетически отличающейся от исходных клеток. Однако в организме человека это выразится значительной цифрой - примерно 10 миллионов изменившихся клеток в данный момент, если учитывать, что организм человека это 1012-1013 клеток.

Таким образом, иммунитет - это способность организма распознавать чужеродные для особи органические структуры и вырабатывать молекулы (антитела) и клетки (лимфоциты), вступающие в специфическое взаимодействие с данной чежеродной субстанцией для её удаления из организма, а антигены - это биополимеры, способные вызывать иммунный ответ (иммунологическую реакцию): синтез антител, реакции клеточного иммунитета, повышенную чувствительность, иммунологическую толерантность, а также иммунологическую память.

К началу 70-х годов в науке накопилось две группы фактов, доказывающих реальность и жизненную необходимость иммунологического надзора в организме.

Больные, подвергшиеся длительной - многомесячной или многолетней - иммунодепрессии в связи с трансплантацией почек подвергаются опасности развития раковых заболеваний (частота лимфом увеличивается в 35 раз, а ретикулоклеточных сарком в 350 раз по сравнению с людьми, не подвергавшимися иммунодепрессивному воздействию.

Дети с врожденными дефектами иммунной системы, когда полностью или почти полностью выключены клеточные реакции иммунитете (синдром Луи-Бар, Ди Джоржи и др.) более чем в 1000 раз чаще болеют злокачественными опухолями.

Иммунитет - способ защиты организма от живых тел и веществ, несущих на себе признаки генетической чужеродности (бактерии, вирусы, простейшие, черви, белки, клетки, ткани, аутоантигены, в том числе раковые).

Данная формулировка иммунитета полностью соответствует «аксиоме Ф.Бернета» (1964 г), постулирующей, что центральным биологическим механизмом иммунитета является распознавание «своего» и чужого.

В настоящее время учение об иммунитете включает в себя следующие направления:

Иммунитет - как средство защиты от инфекций (врожденный - видовой, приобретенный: естественно приобретенный, искусственно приобретенный, активный и пассивный).

Иммунопатология - аутоиммунные расстройства, аллергия и анафилаксия.

Иммуногенетика - изучение законов наследования антигенов и роли генетических механизмов в осуществлении иммунных реакций.

Структура антител - механизмы разнообразия антител и переключения биосинтеза антител с одного класса на другой с сохранением специфичности к антигену.

Трансплантационный иммунитет - исследование генетических законов совместимости.

Иммунологическая толерантность - одна из форм проявления иммунологической специфичности (в форме отсутствия реактивности).

Иммунодефициты - врожденные и приобретенные.

Противоопухолевый иммунитет - обнаружение опухолевых антигенов и противоопухолевых антител к ним.

Иммунобиотехнология - разработка способов получения противоопухолевых препаратов, лечебных и диагностических сывороток.

Иммунохимия - исследование химических структур антигенов и антител и механизмов их взаимодействия.

Механизмы, включающие в себя понятия «иммунный ответ» или «иммунная реакция» направлены на охрану постоянства внутренней среды организма в течение жизни индивидума (особи) от всего генетически чужеродного независимо от экзогенного или эндогенного происхождения, то есть это одна из сторон единого биологического закона охраны индивидуальности.

Иммунная система

Система органов и клеток, осуществляющая реагирование против инородных субстанций, получила название иммунной системы организма.

Способность развивать иммунный ответ не есть некое общее свойство всего организма. Иммунную функцию выполняет специализированная система клеток тканей и органов, имеющая три особенности:

она генерализована (распростанена, размещена) по всему телу;

её клетки постоянно циркулируют с кровью по всему телу;

она обладает уникальной способностью вырабатывать специфические молекулы антител.

Центральной фигурой иммунной системы является лимфоцит.

Иммунная система - совокупность всех лимфоидных органов и скоплений лимфоидных клеток тела (вилочковая железа-тимус, селезенка, лимфатические узлы, групповые лимфатические фолликулы (пейеровы бляшки) и другие лимфоидные скопления (миндалины, аппендикс), лимфоциты костного мозга и периферической крови.

Общая масса «диффузного органа иммунитета» у человека 1,5-2,0 кг, а общее число лимфоидных клеток составляет 1012. Эти клетки совместно с макрофагами осуществляют главнейший тип иммунологического реагирования, включая выработку антител и накопление сенсибилизированных лимфоцитов, распознающих и элиминирующих чужеродные субстанции.

Основные лимфоидные органы выполняют в организме следующие функции:

создают оптимальное микроокружение для созревания лимфоцитов и их иммунокомпетентных предшественников;

собирают разбросанные по всему телу популяции антигенноспецифичных лимфоцитов в органные системы;

дренируют специфические области, в которые поступают антигены;

регулируют взаимодействие разных классов лимфоцитов, обеспечивая максимальную эффективность клеточных взаимодействий;

осуществляют своевременную поставку эффекторных элементов иммунной системы.

Понятие «иммунный ответ» наиболее распространенный синоним понятия «иммунологическая реакция». Оба они предполагают именно высокоспецифическую способность организма реагировать на чужеродные молекулы. Неспецифического иммунного ответа или неспецифической иммунной реакции не существует.

Однако сопротивляемость организма инфекциям зависит также от других защитных механизмов:

непроницаемости нормальных кожных и слизистых покровов для большинства микроорганизмов;

наличия бактерицидных субстанций в кожных секрктах;

кислотности содержимого желудка;

присутствия в крови и других жидкостях организма ферментов (лизоцим-129 аминокислотных остатков, пропердин - от латинского «разрушать»);

экскреции некоторых микробов и вирусов через почки;

количества и активности фагоцитов крови и тканей.

Всё это неспецифические факторы защиты и не могут быть названы неспечифической иммунной реакцией.

Особое положение занимают фагоциты и система комплемента.

Фагоцитозом называют поглощение инородных частиц (микробы, частицы коллоидного золота, продукты разрушения собственных тканей). Фагоцитоз включает следующие последовательные стадии: Сближение, прилипание, поглощение (опсонизацию) разрушение (образование фагосом, в котороы, собственноЮ и происходит лизис). Осуществляют фагоцитирование циркулирующие в крови гранулоциты (микрофагоциты) и тканевые макрофаги. Особенность их положения в системе иммунитета состоит в том, что несмотря на неспецифичность самого фагоцитарного акта, фагоциты, главным образом макрофаги, принимают участие в подготовке антигенов и переработке их в иммуногенную форму. Кроме того, они участвуют в кооперации Т- и В-лимфоцитов, необходимой для инициирования иммунного ответа.

Таким образом, фагоциты принимают участие в специфических формах реагирования на чужеродные субстанции.

Система комплемента - сложный комплекс протеолитических регуляторных белков и белков ферментов, способных лизировать клетки. Комплемент представляет собой комплекс способных к самоорганизации в систему белков сыворотки крови, опосредующих реакции гуморального иммунитета и фагоцитоз. Это система белков, дающих каскадную реакцию, когда продукт предыдущей реакции является катализатором следующей стадии при этом происходит многократное усиление эффекта. Количественное содержание всех компонентов комплемента, составляющих около 5-10% всех белков сыворотки крови, у различных животных неодинаково. Комплемент обозначается буквой С. Компоненты комплемента имеют номера от 1 до 9. Субъединицы и фрагменты, образующиеся при расщеплении компонентов комплемента, обозначаются номерами с малыми буквами: С2а, С3б и т.д. Активированную форму комплемента комплемента, обладающую энзиматической активностью, обозначают штрихом над цфрой. Последовательность связывания первых четырех компонентов комплемента - С1, С4, С2, С3, а остальных пяти - по порядковым номерам: С5, С6, С7, С8, С9.

Комплемент вызывает бактериолизис и стимулирует фагоцитоз опсонизированных частиц. Он вызывает изменения в цитомембране, которые ведут к повреждению эритроцитов или ядерных клеток, к продукции биологически активных веществ, освобождающих гистамин из тканевых базофилов и поперечнополосатых мышц, к выделению субстанций, привлекающих лейкоциты, вызывает активацию факторов, участвующих в воспалительной реакции.

Система комплимента также участвует в специфических реакциях. Один из компонентов комплимента присоединяется к молекулам антител и обеспечивает лизис клеток, содержащих антигены, против которых эти антитела выработаны. Однако выработка белков системы комплимента не является реакцией в ответ на введение антигена.

Структура антител (иммуноглобулинов)

Иммуноглобулины составляют от 15 до 20% белков плазмы крови.

Структура антител была установлена в 1959 году одновременно Роднейем Портером (Англия, Оксфорд) и Джеральдом Эдельманом (США, Рокфеллеровский университет).



Молекула антитела (Ig G) состоит из двух тяжелых (Н, 50 0002) и двух легких (L, 20 000-25 0002) полипептидных цепей, соединенных между собой дисульфидными связями. Тяжелые цепи в антигенном отношении делятся на типы ,,, и , подразделяя иммуноглобулины на классы M, G, A, E и D. Легкие цепи в любой из этих молекул могут быть одного из двух подклассов - ? или .

Примечание: Объектом для изучения структуры иммуноглобулинов служили миеломные белки.Миелома - род злокачественной опухоли, когда по неизвестным причинам разрастается клон плазматических клеток, синтезирующих строго одинаковые молекулы -глобулинов. То есть все плазматические клетки происходят из единственной клетки - родоначальницы клона, и именно поэтому производят совершенно идентичный моноклональный продукт: он гомогенен по классу или Ig M, или Ig G, или Ig A, легкие цепи у всех молекул одного типа - ? или .

Весь сывороточный -глобулин больного миеломой представлен единственным вариантим иммуноглобулиновых молекул. При этом легкие цепи синтезируются в избытке и выделяются в чистом виде с мочой (белки Бенс-Джонсона).

Легкие цепи содержат 214 аминокислотных остатков. Первые 107 аминокислотных остатков, начиная с N-конца полипептида, составляют вариабельный участок (V) цепи. Последовательность аминокислот этого участка различна у всех легких цепей. Вторая половина данного полипептида со 108 до 214 аминокислотного остатка практически одинакова у всех легких цепей. Это константный участок (С).

Весь сывороточный -глобулин больного миеломой представлен единственным вариантим иммуноглобулиновых молекул. При этом легкие цепи синтезируются в избытке и выделяются в чистом виде с мочой (белки Бенс-Джонсона).

Тяжелые цепи также состоят из V и C участков, то есть вариабельных и константных. Константные участки тяжелых цепей в три раза длиннее, чем легких, и представляют собой как бы три повторяющиеся линейно расположенных полипептидных отрезка по 100-110 аминокислотных остатка. Вариабельный участок включает 116 аминокислотных остатков. Всего в каждую тяжелую цепь входит около 450 аминокислот.

Всего структуру иммуноглобулинов представляют 12 доменов (2+2+4+4), молекулярная масса каждого домена примерно 12 500, откуда молекулярная масса всей молекулы Ig G должна быть 150 000. Если же тяжелая цепь состоит из 5-и доменов, как у Ig M, то молекула иммуноглобулина будет тяжелее.

Активные центры антител формируются доменами вариабельных участков. Анализ показывает, что в этом участвует от 4 до 8 аминокислотных остатков, которые относятся к так называемым гипервириабельным областям легких и тяжелых цепей. Таких областей в вариабельных участках тяжелых цепей 4. Они обозначаются как Hhv1-4.

Поскольку активный центр формируется обеими H- и L-цепями молекулы, бесконечное разнообразие специфических антител может определяться не только разнообразием вариабельных цепей, но и комбинацией сочетаний различных цепей. Например, если у одного индивидуума генетически запрограммировано 1 000 вариантов легких и 1 000 вариантов тяжелых цепей, то в разных клетках или клонах клеток сборка антитела может идти путем наработки одного из 1 000 000 возможных сочетаний.

Такое объяснение многообразия специфических антител в настоящее время наиболее принято.

Константные участки цепей ответственны за другие свойства молекулы иммуноглобулинов. В области Сн2 и Сн3 доменов располагаются соответственно участок фиксации комплемента и участок, ответственный за фиксацию антител к клеткам, например к макрофагам, тучным клеткам, лимфоцитам; Сн 4 обеспечивает связывание мономеров в сложные агрегаты.

Константные области тяжелых цепей, будучи различными у разных классов иммуноглобулинов определяют особые биологические функции каждого класса антител:

Ig M (5-10% от общего количества) могут активировать систему комплемента, выполняют функцию мембранных рецепторов: 50 000- 150 000 на одну клетку, первыми синтезируются организмом новорожденных, их содержание повышается в течение первой недели и к году (!) достигает уровня взрослых;

Ig A (10-15% от общего количества) секретируются в различные жидкости тела и обеспечивают секреторный иммунитет, синтезируются со 2-3-й недели новорожденности;

Ig E (0,2% от общего количества) прикрепляются к специфическим рецепторам на поверхности тучных клеток и базофилов и, если они связываются с антигеном, из клеток начинают высвобождаться заключенные в них биологически активные вещества, вызывая аллергические явления;

Ig D (0,2% от общего количества) функционируют почти ислючительно в качестве мембранных рецепторов для антигена;

Ig G (75% от общего количества) проявляют разнообразные виды активности, в том числе способность проникать через плацентарный барьер, передаются от матери и сохраняются в организме новорожденного в течение 3-х месяцев, обеспечивая ему естественный пассивный иммунитет; синтезируются в организме ребенка со 2-3 месяца

СL и Сн1-домены определяют аллоантигенные различия молекул атител: здесь реализуется контроль генетических систем аллотипов иммуноглобулинов человека.

Антителообразование увеличивается с развитием лимфоидной ткани, которое происходит в течение первого года жизни и заканчивается лишь к периоду половой зрелости.

Синтез иммуноглобулинов представляет собой частный случай продукции белковых тел. Особенность его состоит в том, что легкие цепи синтезируются на одних РНК-матрицах, а тяжелые - на других. Потом происходит сборка всей молекулы. По-видимому, вначале синтезируется одна пара из легкой (L) и тяжелой (Н) цепей, а затем две молекулы собираются в целую молекулу антитела. Легкие цепи обнаружены в клетке в некотором избытке. Предполагают, что они содействуют снятию тяжелых цепей с лизосом. В случае пентамерных молекул Ig M последним этапом сборки является соединение пяти мономерных молекул в единую структуру, и лишь после этого секреция из клетки.

Генетический анализ изотипов, аллотипов и идиотипов дал возможность сделать три важнейших заключения:

Полипептиды, составляющие иммуноглобулиновую молекулу, кодируются тремя не сцепленными группами аутосомных генов. Одна группа (12-ая хромосома) кодирует тяжелую цепь того или иного класса, другая (6-ая хромосома) - легкую цепь ?-типа, третья (16-ая хромосома) - легкую цепь -типа.

Каждая из трех групп генов включает в себя набор генов вариабельных областей (V-гены) и гены константной области (С-гены) полипептидных цепей.

Набор V-генов тесно сцеплен с С-генами, т.е. расположен не только на одной хромосоме, но и в непосредственной близости от них.

Примечание. В настоящее время общепризнано, что иммуноглобулины обладают антигенными свойствами. В молекулах иммуноглобулинов различают три типа антигенных детерминант (анигенные детерминанты-эпитоп - это область поверхности молекулы антигена, являющаяся в пространственном отношении комплиментарной рецепторной зоне антитела - паратопу):

изотипические детерминанты идентичные для всех особей данного вида;

аллотипические детерминанты внутривидовые, они имеются у одних особей данного вида и отсутствуют у других;

идиотипические детерминанты присущие только антителам, синтезированным данным клоном плазматических клеток.

Иммуногенетика

иммунная система иммунитет иммунодефицит спид

Наличие лимфоидных клеток, способных синтезировать антитела отдельных классов, подклассов, аллотипов и идиотипов, говорит о том, что механизмы создания разнообразия антител (специфичности) контролируются генетически.

Применение методов молекулярной гибридизации позволило установить, что гаметные С-гены уникальны. Существует только один С-ген цепей ?, четыре гена цепей и по одному гену для каждого класса и подкласса тяжелых цепей. V?- и V-гены могут соединяться только со своими С-генами, образуя V?C?- и VC -цистроны, в то время как Vн-гены могут соединяться с любым Сн-геном. Объединение Vн и Сн-генов приводит к образованию цистронов тяжелых цепей для каждого из классов: VC , VC, VC, VC, VC. C-гены и V-гены цепей ? и у мышей располагаются на 6-й и 16-й хромосомах соответственно, гены же тяжелых цепей расположены на 12-й хромосоме, то есть оба гена легких цепей и гены тяжелых цепей располагаются на разных хромосомах, поэтому ни рекомбинации, ни кроссинговер между ними не происходит.

Специфика организации тяжелых генов состоит в том, что в процессе дифференциации антителообразующей клетки возможно последовательное переключение с С-гена на С- и С-гены, а также переключение мембранных форм иммуноглобулинов на секреторные, отличающиеся длиной хвостовых участков.

Как ?- и -гены, гены тяжелых цепей построены из экзонов и интронов. Количество экзонов соответствует числу Сн-доменов, константный ген тяжелых цепей содержит 3-4 экзона и 2-3 интрона. Все Сн-гены в эмбриональных клетках не сцеплены, а располагаются отдельной группой на расстоянии нескольких тысяч пар оснований от Vн-генов. Сегменты ДНК между отдельными Сн-генами имеют длину несколько десятков тысяч пар оснований.

Таким образом, в настоящее время установлено, что каждая тяжелая и легкая полипептидная цепь иммуноглобулинов кодируется несколлькими генами, которые в ДНК первичных половых клеток физически разобщены, но объединяются в В-лимфоцитах и антителообразующих клетках, образуя единый активный ген ( то есть догма: один ген - один фермент, одна полипептидная цепь - не состоятельна для иммунной системы).

Вариабельные домены легких цепей ?-типа контролируются двумя разными генами Ig?-V(V?) и Ig?-J(J?). У мыши V?-ген кодирует первые 95 аминокислотных остатков, а J?- остальные 12 аминокислот.

Впервичных половых клетках эти V?- и J?-гены находятся на большом расстоянии друг от друга, но в ходе развития лимфоцита они объединяются.

При ассоциации с геном константной части ?-цепи, расположенным сравнительно близко к J?-гену, получается единый активный ген.

Количество V?-генов, способных участвовать в формировании ?-цепей примерно 300, а J?-цепей - 5, хотя функционируют, вероятно, только 4. Соответственно комбинаторное объединение V?- и J?-генов теоретически может обеспечить примерно 1200-1500 вариантов легких цепей.



Ещё большее разнообразие может возникнуть в том случае, если транслокация, приводящая к объединению V?- и J?-генов, происходит не совсем точно и в результате на стыке этих двух генов кодируются разные аминокислоты (ошибки сплайсинга) Количество легких цепей ?-типа, которые могут быть построены в результате комбинаторного объединения, может увеличиваться ещё больше в результате соматических мутаций (3 мутации на 30 делений (!), вместо одной мутации на миллион).

Таким образом, при довольно ограниченном количестве генетической информации, имеющейся в первичных половых клетках (гаметах) число различных L?-цепей может быть весьма большим.

Гены тяжелых цепей организованы в принципе также, но обладают еще более сложной организацией. Вариабельный домен тяжелой цепи образуется благодаря комбинаторному объединению трех типов геметных генов Igh-V(Vн) - 350, Igh-D(Dн) - 20 и Igh-J(Jн) - 4. Это обеспечивает ещё большее разнообразие тяжелых цепей по сравнению с легкими цепями. Кроме того, один и тот же генный комплекс может быть экспрессирован вместе с любым из генов, кодирующим константные области тяжелых цепей (Igh-C-гены).

Jн-гены расположены недалеко от Igh--гена, поэтому сборка генного комплекса VDJ происходит рядом с -геном константной области. Этим объясняется тот факт, что в ходе иммунного ответа первым синтезируется именно IgM-антитела, и они же содержатся в мембране большинства В-лимфоцитов в качестве рецепторов.



У мыши константные участки тяжелых цепей расположены в следующем порядке, начиная с 5'-конца: , , , , . Вероятно, в процессе транскрипции образуется единая первичная РНК, которая соответствует V,D,J-, - и -гену, а также большим отрезкам ДНК, разделяющим эти гены. Последующее формирование зрелой РНК для синтеза - или -цепей осуществляется путем сплайсинга. Такая схема хорошо объясняет совместную экспрессию IgM и IgD в качестве мембранных иммуноглобулинов на поверхности большинства клеток. Для возникновения генов, обеспечивающих синтез IgG, IgA, IgE требуется, по-видимому, какой-то другой генетический механизм.

Очевидно при этом происходит транслокация (перемещение) гена VDJ из положения 5' по отношению к гену в аналогичное положение 5' по отношению к генам , и . Действительно, на 5' концах всех генов константной области (за исключением ) были обнаружены характерные последовательности, обеспечивающие транслокацию. Их обозначили как участки переключения (S-районы).

Таким образом, биологический феномен переключения обусловлен рекомбинациями, касающимися константных (С) областей иммуноглобулинов (Ig). Способ рекомбинации, его регуляция изучаются.

Терминологический словарь:

рекомбинация - изменение генетической карты;

транспозиция - изменение места расположения гена или его части;

транслокация - перемещение;

делеция - выпадение;

сплайсинг - сочленение, склеивние;

процессинг - созревание;

репликация - удвоение ДНК;

транскрипция - образование копии одной из цепей ДНК в виде РНК;

трансляция - биосинтез полипептидной цепи;

экзон - структурный участок гена;

интрон - разделительный, вставочный участок гена.

Механизмы созревания и дифференцировки В- и Т-лимфоцитов

Лимфоидная система представлена первичными лимфоидными органами - костным мозгом и тимусом у млекопитающих - и множеством вторичных лимфоидных органов, в которых происходит антигеннезависимое и антигензависимое взаимодействие зрелых циркулирующих лимфоцитов. В большинстве случаев зрелые лимфоциты впервые контактируют с антигеном в лимфоидных органах; сенсибилизация лимфоидных клеток вне лимфоидных органов происходит весьма редко.

Считается, что лимфоциты, как и все остальные элементы крови, образуются из популяции изначальных гематолимфоидных предшественников, которые впервые обнаруживаются на переднем конце эмбрионов позвоночных. Затем гемопоэтические стволовые клетки появляются последовательно в кровяных островках желточного мешка, в эмбриональной печени, в эмбриональной селезенке (очень недолго) и, наконец, в костном мозге.

Частично дифференцированные стволовые клетки, запрогаммированные к лимфоидной дифференцировке, сначала обнаруживаются в желточном мешке, но со временем «заселяют» костный мозг.

Примечание: Клетку называют стволовой, если одна из возникающих в результате деления дочерних клеток дифференцируется, а другая остается недифференцированной и служит источником последующих поколений дифференцировонных клеток. Такое ассиметричное деление характерно не только для стволовых клеток. Клетки , сохранившие способность лишь к одному пути дифференцировки, также могут оставаться способными к самообновлению. Прямых экспериментальных доказательств существования общей лимфоидной стволовой клетки пока ещё нет.

У млекопитающих костный мозг представляет собой место созревания В-линии, превращающихся из стволовой клетки последовательно в большие пре-В-, малые пре-В- и малые зрелые В-лимфоциты. Тонкая структура той среды в костном мозге млекопитающих, в которой происходит созревание В-лимфоцитов, изучена ещё недостаточно. Костный мозг содержит гетерогенную популяцию нелимфоидных прикрепленных клеток, необходимых для созревания всех основных нелимфоидных родоначальных клеток. Пре-В-клетки костного мозга экспессируют поверхностные маркеры, присущие развивающимся В-клеткам. У мышей на них приходится не менее 30% костномозговых клеток, имеющих ядро, и большинство костномозговых лимфоцитов.

В больших пре-В-клетках впервые происходит перестройка генов, кодирующих тяжёлые (Н) цепи иммуноглобулинов ( в результате образуются функциональные транскрипты для -цепей). Затем эти клетки делятся, давая начало малым пре-В-клеткам. В малых пре-В-клетках перестраиваются гены легких капа(?)-цепей, что сопровождается появлением этих цепей в цитоплазме и экспрессией поверхностных IgM?. У мышей очень небольшая часть В-клеток претерпевает дальнейшую перестройку генов легких -цепей (95?:5) с последующей экспрессией этих цепей. У людей это происходит также, как правило, и приводит к частичной или полной делеции ранее сформированных ?-генов (70?:30).

Созревание В-клеток считается завершенным, когда на их поверхности экспрессируются иммуноглобулиновые рецепторы для антигена, структуры, кодируемые генами главного комплекса гистосовместимости (major hystocompatibility complex -MHC), маркеры иммунологической индивидуальности, необходимые для осуществления межклеточных взаимодействий при развитии иммунного ответа, и рецепторы, наличие которых позволяет В-клеткам поступать во вторичные лимфоидные органы.

Итак, В-лимфоциты берут начало из стволовых клеток костного мозга. Лимфоциты этого класса завершают своё развитие в костном мозге. Они сходны по размеру и внешнему виду с Т-клетками.

В-лимфоциты можно выявить с помощью специфических антисывороток против иммуноглобулинов (Ig). Оказалось, что

в тимусе - 0,2% этих клеток,

в грудном лимфатическом протоке - 15%,

в лимфатических узлах - 25%,

в периферической крови - 25-30%,

в селезенке - 40%,

в костном мозге - 40%,

в пейеровых бляшках -55%, почему их и относят к центральному органу иммунной системы, В-системы иммунитета у млекопитающих, аналогу сумки Фабрициуса у птиц.

В периферической крови 55-60% Т-лимфоциты, 25-30% - В-лимфоциты и 10-20% не обладают признаками ни Т-, ни В-лимфоцитов (нулевые).

В-лимфоциты - продуценты антител или иммуноглобулинов. Согласно клонально-селекционной теории, предложенной в 1959 году Ф.Бернетом, каждая В-клетка, завершив свое развитие в костном мозге становится продуцентом антител, узнающих один специфический антиген, то есть одну молекулярную структуру.

Антитела, синтезированные в В-клетке, остаются связанными с её клеточной мембраной, где они располагаются на поверхности в качестве молекул-рецепторов. Связывание антигена с антителом на мембране является для клетки стимулом к пролиферации - в этом состоит отбор (селекция) клонов.

Некоторые из клеток-потомков отобранных таким образом клонов остаются циркулировать в организме. Эти В-лимфоциты служат памятью иммунной системы: когда в организм попадает тот же антиген, они обеспечивают быстрый вторичный ответ. Такие клетки циркулируют в крови в течение многих месяцев и лет. Клетки памяти ответственны за иммунный ответ, который развивается после перенесенной инфекции или вакцинации.

Другие члены отобранных клонов претерпевают окончательную дифференцировку: они вырастают до больших размеров, прекращают размножение и интесивно продуцируют антитела. Такие В-клетки ( в этом состоянии их называют плазматическими клетками) живут только несколько дней, но успевают произвести огромное количество иммуноглобулинов.

Молекулы антител сами не могут разрушить чужеродный организм, они лишь отмечают его, чтобы его смогли узнать другие защитные системы, такие как система комлемента, макрофаги и другие клетки. Три молекулы антитела, связавшиеся с поверхностью бактерии и расположенные на ней близко друг к другу, притягиваются к макрофагу в тысячу раз сильнее, чем одиночная молекула антигена.

Две “триады” приобретенного иммунитета составляют едва ли не всю суть иммунологии:

Антитела, комплемент и полиморфоядерные лейкоциты обеспечивают защиту от большинства внеклкточных чужеродных агентов, а Т-лимфоциты, растворимые цитокины и макрофаги - от внутриклеточных.

Природа узнавания антигена антителом определяется аминокислотной последовательностью гипервариабельных участков молекул антител.

В различных антителах даже те области молекулы, аминокислотная последовательность которых не варьирует (константные) не все одинаковы.

У млекопитающих константные области легких цепей бывают двух типов ? и ( 95:5 у мыши и 70:30 у человека). Константные области тяжёлых цепей, существуют пяти классов: ,,,,. Антитела, в которых вариабельной домен одинаковый, но тяжелые цепи разных классов, узнают один и тот же антиген, но играют разную роль в иммунном ответе. Например, связанные с мембраной антитела, служащие рецепторами В-клеток, принадлежат по типу тяжелых цепей к классу или , а большая часть секретируемых антител - к классу или .

Созревание и дифференцировка тимусных лимфоцитов

Тимус представляет собой орган, принимающий Т-клетки и осуществляющий созревание или отбор антигенспецифических Т-клеток и осуществляющий избирательное освобождение этих клеток на периферию.

Процесс созревания сопровождается «включением» специфических генов, причем некоторые из них экспессируются только во время той фазы дифференцировки, которая происходит в тимусе, тогда как другие остаются в активном состоянии на протяжении всей жизни Т-клетки.

На определенных стадиях созревания тимоцитов происходят следующие события:

экспрессия антиген-специфических рецепторов;

появление или отбор клеток, распознающих продукты специфических для тимуса МНС-генов, необходимых для взаимодействия клеток иммунной системы;

появление на клетках достаточного количества рецепторов, отвечающих за доставку лимфоцитов из кровяного русла в организованные лимфоидные ткани;

приобретение Т-клетками способности осуществлять помощь, «убийство» или супрессию.

Механизм созревания и последовательность стадий созревания пока не ясны.

Зрелый тимус представляет собой эпителиально-лимфоидный орган, состоящий из трех отдельных слоев (наружного и внутреннего коркового и мозгового), каждый из которых содержит лимфиидные клетки одного определенного класса и нелимфоидные клетки, обеспечивающие необходимое микроокружение для созревания лимфоцитов.

В наружном субкапсулярном корковом слое обнаруживаются примитивные делящиеся клетки (лимфобласты). Некоторые из них, очевидно, взаимодействуют со специализированными эпителиальными клетками-кормилицами, ускоряющими процессы самообновления (пролиферации) лимфобластов и превращения их во все другие тимусные клетки и Т-клетки различных подклассов.

На долю крупных самообновляющихся тимусных лимфобластов приходится 5-15% общего количества тимусных лимфоцитов. Они дают начало трем популяциям клеток:

малым тимоцитам внутреннего коркового слоя,

некоторым тимоцитам среднего размера, расположенным в мозговом слое,

тимусным клеткам эмигрантам.

Сами лимфобласты образуются, по-видимому, из заселяющих тимус предшественников после длительного лаг-периода, в течении которого эти предшественники дифференцируются и мигрируют в наружный корковый слой тимуса.

Регуляция процессов созревания тимусных лимфоцитов и их размещения в тимусе частично связана с избирательной экспрессией специфических гликозилтрансфераз или гликозидаз.

Во внутреннем корковом слое находятся главным образом потомки лимфобластов - в большинстве своем неделящиеся малые тимусные лимфоциты, располагающиеся вблизи дендритных корковых эпителиальных клеток.

Внутренний корковый слой тимуса содержит основную часть тимусных лимфоцитов, большинство из которых погибает, и особый класс дендритных эпителиальных клеток.

Малые тимоциты составляющие примерно 85% общего числа всех тимусных лимфоцитов, обладают in vivo, подобно другим корковым лимфоцитам, ярко выраженной чувствительностью к кортизону.

Интересно, что в популяции малых тимоцитов внутреннего коркового слоя синтезируется большое количество внутриклеточной терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазы и в клетках данной популяции постоянно поддерживается высокая концентрация фермента.

Возможно, гибель значительной части этих клеток в тимусе обусловлена в той или иной мере либо продолжительным действием терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазы, либо гибель этих клеток может быть обусловлена их высокой чувствительностью к гликокортикоидам эндогенного происхождения.

Не исключено, что немногие зрелые или подвергшиеся соответственному отбору клетки преобретают способность покидать тимус только после завершения гликозилирования их поверхностных гликопротеинов и гликолипидов.

Сформировавшиеся тимусные лимфоциты среднего размера движутся по направлению к мозговому слою - на их пути расположены корковые макрофаги, выполняющие функцию разрушителей («могильщиков»). Они участвуют в разрушении и фагоцитозе уже погибших или обреченных на гибель тимусных лимфоцитов.

Некоторое количество пре-Т-клеток содержится в костном мозге, они представляют собой отдельную популяцию, хотя, по-видимому, имеющую общего предшественника с пре-В-клетками.

Процессы созревания В-лимфоцитов в костном мозге и Т-лимфоцитов в тимусе имеют важную общую особенность: в первичных лимфатических органах производится гораздо больше клеток, чем их обнаруживается в общем пуле периферических иммунокомпетентных лимфоцитов.

Итак, из стволовой клетки костного мозга или из пре-Тклетки в тимусе созревают и дифференцируются три популяции Т-клеток:

ТE - Т-эффекторы (киллеры);

Тh - Т-хелперы (помощники);

TS - Т-супрессоры.

Кроме Т- и В- клеток в периферической крови примерно 10-20% лимфоцитов не несут отличительных маркеров Т- или В-лимфоцитов - нулевые клетки.

Тимоциты периферической крови различаются тропностью: одна субпопуляция (Т1) оседает в селезенке, другая (Т2) - в лимфатических узлах.

Т-эффекторные клетки или киллеры (цитотоксические Т-клетки) - они лизируют клетки, несущий на своей поверхности те антигены, к которым специфичны данные лимфоциты. Лизис клетки-мишени ТЕ -лимфоцитами - процесс сложный, проходит в несколько стадий. Первая стадия - распознавание соответствующего антигена и молекул класса I, имеющихся на поверхности клетки-мишени. Вторая стадия - программирование для лизиса, ТЕ-клетка вызывает повреждение клетки-мишени, а затем следует ее лизис. Отдельная ТЕ-клетка может участвовать в лизисе нескольких клеток по очереди, сама при этом не разрушаясь.

Т-хелперы (to help - помогать) и Т-супрессоры (to supress - подавлять) выполняют регуляторные функции. Т-хелперы, узнав антиген, стимулируют остальные компоненты иммунной системы, то есть В-клетки и другие Т-клетки, специфичные к данному антигену.

Т-хелперы способны стимулировать В-клетки к пролиферации и дифференцировке в антителообразующие клетки, причем, обнаружено несколько механизмов такого стимулирования:

-прямое взаимодействие ТН-клетки и реагирующей В-клетки (когнатная помощь). Природа медиатора, передаваемого от Т-клетки к В-клетке при когнатной помощи пока не установлена;

-путем образования растворимых неспецифических хелперных факторов, часто называемых лимфокинами;

-когнатное взаимодействие плюс медиатор.

Название «Т-хелперы» создает впечатление, что они играют подчиненную, или второстепенную, роль, как-будто эти клетки только поощряют процессы, которые проходили бы и без них. На самом деле они, по-видимому, являются «главным выключателем» иммунной системы. В-клетки узнают антиген независимо от Т-клеточной стимуляции, но их пролиферация и окончательная дифференцировка требуют активации Т-хелперами.

Т-супрессоры угнетают иммунный ответ путем регуляции численности хелперных Т-клеток, вовлекаемых в иммунный ответ.

Т-супрессоры осуществляют обратную связь, они придают иммунной системе способность к самоограничению. Возможно, они принимают участие в исключении (торможении) В- и Т-клеток, атакующих клетки своего собственного организмав.

Обнаружить рецепторы Т-клеток удалось сравнительно недавно, так как они не секретируются в больших количествах как антитела.

Гены, кодирующие рецепторные белки принадлежат к семейству генов иммуноглобулинов. Они тоже разделены на разбросанные по генному сегменты, которые могут перестраиваться в ходе развития Т-клеток; последовательность, кодирующая N-конец полипептида, вариабельна, а вторая часть гена константна. Ближе к С-концу полипептида имеется участок богатый гидрофобными радикалами аминокислот, который прикрепляет его к мембране также, как связан с мембраной иммуноглобулиновый рецептор.

Белки, выделенные из Т-хелперов и цитотоксических Т-клеток имеют одинаковые константные домены как в -, так и в -цепях.

Организация генов рецепторов из Т-клеток также напоминает устройство генов иммуноглобулонов. Вариабельный домен и в той и в другой цепи рецептора тоже кодируется тремя генными сегментами V, D и J; они разбросаны по одной хромосоме в эмбриональных клетках, но собираются вместе в зрелом Т-лимфоците. Получены данные, указывающие на существование такой же или очень похожей состемы ферментов для перетасовки генов.

По-видимому, антигенсвязывающий участок в молекуле рецептора Т-клеток также образован гипервариабельными сегментами вариабельных доменов - и -цепей.

Главный комплекс гистосовместимости (МНС - major histocompatibility complex)

Итак, общепризнано практически всеми учеными, работающими в этой области науки, что Т- и В-клетки узнают антиген в разных обстоятельствах. В-клетки могут реагировать на свободный антиген, а Т-клетки активируются, только если антиген экспонирован на поверхности клетки, которая несет еще и маркеры иммунологической индивидуальности данного организма. Это белки, кодирующиеся большой группой генов, называемых главным комплексом гистосовместимости, или МНС. Белки МНС были открыты в экспериментах по пересадке органов и тканей. У реципиента развивается иммунный ответ на белки МНС донора. Пересадка органов между неродственными индивидуумами чаще всего оканчивается отторжением трансплантата, так как у разных людей экспрессируются разные наборы генов главного комплекса гистосовмесимости.

Белки МНС - это самые разнообразные из всех белков, не считая иммуноглобулинов и рецепторов Т-клеток.

Антитела и рецепторы Т-клеток варьируют от одной клетки к другой, а белки МНС меняются от одного человека к другому.

Известны три класса белков главного комплекса гистосовместимости.

У белков класса I молекула состоит из двух полипептидных цепей - большой (размером с тяжелую цепь иммуноглобулинов, молекулярная масса 45000, гликопротеид) и связанной с ней гораздо меньшей по размеру субединицей, называемой 2-микроглобулином (структурный гомолог константного домена тяжелой цепи иммуноглобулинов, полипептид молекулярной массой 12 000). Белки МНС класса I найдены на поверхности практически всех клеток.

Белки главного комплекса гистосовместимости класса II, напротив, есть на поверхности только некоторых клеток иммунной системы, таких как В-лимфоциты, макрофаги и специализированные эпителиальные клетки.

У этих белков молекула также состоит из двух полипептидных цепей, но примерно равных по размеру (- 33000 и -цепь 28000).

Гены, кодирующие белки С2, С4 и фактор В, расположены в комплексе МНС и обозначаются как гены класса III. (Обозначенные факторы системы комплемента участвуют в образовании С3 конвертаз, активирующих последующий каскад реакций).

Отторжение чужой ткани вовсе не основное предназначение белков МНС. Истинная их роль состоит в направлении реакции Т-клеток на антиген. Т-клетки узнают одновременно антиген и белки МНС, находящиеся на поверхности одной клетки. Необходимость двойного стимулирования называется МНС-ограничением.

Цитотоксические Т-клетки (эффекторные клетки, клетки-убийцы) реагируют на антиген вместе с белками МНС класса I, а Т-хелперам требуются белки МНС класса II.

Результатом МНС-ограничения активность Т-клеток направляется на клетки своего собственного организма, а не на бактерии или свободные антигены.

Считается, что цитотоксические Т-клетки возникли для защиты от вирусной инфекции. Когда вирус попадает в клетку, белок его оболочки остается на клеточной мембране. В результате заражения клетка приобретает еще один маркер в дополнение к её собственным, что необходимо для атаки Т-клетками: на поверхности клетки есть и чужой антиген и белок МНС - белок иммунологической индивидуальности. Цитотоксическая Т-клетка, узнав вирусный антиген рядом со своим белком МНС класса I, уничтожает зараженную клетку, прежде чем вирус успеет в ней реплицироваться.

Т-хелперы активируются клетками, представляющими антиген, которые захватывают свободные антигены и экспонируют их на своей поверхности вместе с белками МНС класса II - макрофагами и В-лимфоцитами. Именно макрофаги и В-лимфоциты несут на своей поверхности белки МНС класса II, вероятно, это и позволяет им взаимодействовать с Т-хелперами в ходе иммунного ответа. Предполагается, что взаимодействие осуществляется с помощью одного (а не двух!) рецептора двойного распознавания, хотя у данной теории имеются и противники.

Главный комплекс гистосовместимости (МНС) и связанные с ним иммунологические свойства.

Интенсивное отторжение трансплантатов тканей.

Стимуляция образования антител.

Стимуляция в смешанной культуре лимфоцитов (СКЛ) -реакции бласттрансформации лимфоцитов (РБТЛ).

Реакции «трансплантат против хозяина» (РТПХ).

Клеточные реакции лимфолиза (КРЛ).

Контроль за некоторыми компонентами комплемента.

Рестрикция иммунного ответа: (антиген маркер МНС I) активируют ТЭ, а (антиген маркер МНС II) активируют ТН.



Вспомогательные клетки иммунной системы

Мононуклеарная фагоцитарная система включает моноциты крови и тканевые макрофаги. Эти клетки распространены по всему телу - в крови, соединительной ткани, костном мозге, печени, легких, нервной системе, в брюшной, плевральной, суставных полостях и др.

Развитие и разновидности макрофагов

В ходе эмбрионального развития мыши стволовая кроветворная клетка возникает в желточном мешке и на второй неделе онтогенеза мигрирует в печень, где возникают незрелые мононуклеарные фагоциты. На третьей недели развития кровотворение начинается в костном мозге. Хотя фагоциты есть во всех тканях, в нормальных условиях пролиферирующие фагоциты можно обнаружить только в костном мозге. Моноциты остаются в костном мозге очень короткое время, а затем попадают в различные ткани, чтобы превратиться в макрофаги. Доказано, что в нормальном состоянии макрофаги, локализующиеся в различных тканях организма, образуются из циркулирующих в крови моноцитов. Однако во многих исследованиях in vivo в экссудатах тканей обнаруживается небольшой процент (2-5%) делящихся клеток.

Тканевые макрофаги бывают разных типов.

В очагах воспаления обнаруживаются три типа клеток: эпителиоидные клетки, гигантские клетки и макрофаги.

В гранулемах обычно обнаруживаются эпителиоидные клетки, которые, по-видимому, образуются из моноцитов крови, активированных в ходе иммунного ответа на чужеродный антиген, например при кожной реакции гиперчувствительности замедленного типа. Эпителиоидные клетки обладают многими морфологическими признаками макрофагов и несут рецепторы FС и С3. В целом они обладают меньшей фагоцитирующей активностью, чем макрофаги.

Другой тип клеток, ногоядерные гигантские клетки, образуются, по всей видимости, за счет слияния макрофагов, а не за счет деления ядер. Таких клеток два типа: клетки Ланганса с относительно небольшим числом ядер по периферии цитоплазмы; Клетки типа инородного тела, у которых множество ядер распределено по всей цитоплазме.

Когда воспаление спадает макрофаги исчезает либо в результате гибели, либо мигрируют из участка воспаления. Пока в этом вопросе нет ясности.

Купферовские клетки представляют собой оседлые макрофаги печени. Они граничат с кровотоком, что позволяет им постоянно контактировать с чужеродными агентами и другими иммуностимулирующими агентами. Анатомическое расположение между венами, несущими кровь от желудочно-кишечного тракта, и собственным кровотоком печени приводит к тому, что купферовские клетки одними из первых в ряду мононуклеарных фагоцитов взаимодействуют с иммуногенами, поглощаемыми из кишечника. Как и другие тканевые макрофаги, купферовские клетки являются долгоживущими потомками моноцитов, которые поселились в печени и дифференцировались в макрофаги. Они живут в печени в среднем около 21 дня. Важнейшая функция купферовских клеток заключается в поглощении и деградации растворенных и нерастворимых материалов, приносимых в печень воротной веной. Они играют важнейшую роль в очистке кровотока от множества потенциально вредных биологических материалов, включая бактериальные эндотоксины, микроорганизмы, активированные факторы свертывания и растворимые иммунные комплексы.

В соответствии со своей функцией купферовские клетки содержат необычайно большое количество лизосом, содержащих кислые гидролазы и способных к активному внутриклеточному перевариванию.

Недавние исследования высокоочищенных купферовских клеток in vitro показали, что они способны функционировать как антигенпрезентирующие клетки во многих известных тестах на способность активировать Т-клетки.

Видимо, in vivo они не способны участвовать в индукции иммунного ответа под влиянием анатомических и физиологических особенностей нормального печеночного окружения.

Альвеолярные макрофаги выстилают альвеолы и являются первыми иммунологически компетентными клетками, поглощающими вдыхаемые патогены. Находящиеся на поверхности альвеол макрофаги идеально расположены для того, чтобы взаимодействовать с антигеном и затем представлять его Т-лимфоцитам. Альвеолярные макрофаги морской свинки оказались весьма активными вспомогательными клетками в тестах на пролиферацию Т-лимфоцитов, индуцированную как антигеном, так и митогеном. Было показано, что антиген, введенный животному в трахею, может индуцировать первичный иммунный ответ и вызывать избирательное обогащение специфических к нему Т-клеток в легких.

Макрофаг как эффекторная клетка. Механизм регуляции взаимодействия макрофагов с тимоцитами можно разделить на два аспекта. Первый: В результате взаимодействия активируются Т-клетки, вследствие чего у них появляется хелперная функция и, как результат, защитная иммунная реакция. Второй аспект участия макрофагов в иммунном ответе на инфекционные агенты и опухолевые клетки включает в себя их активацию. Для развития активного состояния макрофагов необходимо их взаимодействие со стимулированными Т-лимфоцитами или их продуктами: фактор хемотаксиса макрофагов (ФХМ), фактор тормозящий миграцию (ФТМ), фактор активирующий макрофаги (ФАМ).

В результате имеет место замкнутый цикл: АГ МКФ Т-клетка МКФ АГ. В результате антиген активно элиминируется.



Таким образом, фагоцит выполняет двойную функцию: с одной стороны, он традиционно играет роль “мусорщика” убирающего антигены, а с другой стороны, перерабатывая антиген мобилизует и стимулирует лимфоциты.

В большом количестве работ было установлено, что существует положительная корреляция между активацией макрофагов и их способностью секретировать Н2О2. Инкубация макрофагов в среде, богатой лимфокинами, приводила к их активации и к выделению перекиси. Способность макрофагов секретировать реакционноспособные производные кислорода строго коррелирует со степенью их активации, определяемой по способности убивать определенные патогенные внутриклеточные микроорганизмы. Наличие такой корреляции, по-видимому, отражает прямое участие этих веществ в уничтожении микробов. Несомненно, однако, что макрофаги обладают и независимыми от кислорода важными механизмами антимикробной активности. Создается также впечатление, что некоторые одинаковые биохимические процессы используются макрофагами и для модификации их окружения и переработки фагоцитированных частиц. Так, например, окислительные механизмы участвуют не только в подавлении внутриклеточных паразитов, но также в уничтожении опухолевых клеток, а возможно, и некоторых тканей в местах воспаления.

Макрофаги секретируют множество разных продуктов. И в этом отношении могут соперничать даже с гепатоцитами. К наиболее важным продуктам секреции макрофагов относятся протеазы, активурующиеся при нейтральном значении рН, многие компоненты комплемента, кислые гидролазы и многие другие.

Цитоплазма макрофагов содержит большое количество лизосом, содержащих набор разнообразных гидролитических ферментов в отношении белков, углеводов, липидов и нуклеиновых кислотх. Пероксдазы, каталазы и NADH обеспечивают выделение высокобактериоцидного аниона О2 . Супероксиддесмутаза защищает макрофаг от собственного О2.. Слияние фагосомы с лизосомой приводит к образованию фагодизосомы и к перевариванию (разрушению, лизису) фагоцитируемой частицы.

В случае захвата микроорганизма проявляется микробоцидное действие.

Фагоцитарная активность повышается в присутствии антител против данного чужеродного агента. Дело в том, что на мембране макрофагов имеются FС-рецепторы, которые специфически связываются с тяжелой цепью иммуноглобулинов (IgG). Присоединившиеся к макрофагу молекулы антител содействуют захвату фагоцитируемых частиц . Имеются также рецепторы к С3-компоненту комплемента. Вот почему антигенные частицы, покрытые антителами и комплементом, активно присоединяются к рецепторам макрофагов и фагоцитируются.