Начало >> Статьи >> Архивы >> Основы иммунологии (Ярилин)

В-лимфоциты - Основы иммунологии (Ярилин)

Оглавление
Основы иммунологии (Ярилин)
Введение
Лимфоциты
В-лимфоциты
Субпопуляции В-лимфоцитов
Т-лимфоциты
Генез Т-лимфоцитов
Формирование рецептора Т-клеток для антигена
Кортикальные тимоциты и селекция их клонов
Формирование субпопуляций Т-клеток
Подготовка Т-клеток к эмиграции, эмиграция и заселение
Маркеры Т-лимфоцитов, определение Т-клеток и их субпопуляций
NK-клетки
Моноциты и макрофаги
Дендритные клетки
Нейтрофилы
Эозинофилы
Базофилы и тучные клетки
Тромбоциты
Стромальные клетки
Структурная организация иммунной системы
Структурная организация иммунной системы - костный мозг
Структурная организация иммунной системы - тимус
Лимфоидные клетки тимуса
Микроокружение, инволюция тимуса
Периферические лимфоидные органы - структурная организация иммунной системы
Лимфоидные ткань и структуры, связанные со слизистыми оболочками
Лимфоидная ткань, связанная с кожей
Кровь и лимфа
Рециркуляция лимфоцитов
Молекулы адгезии
Преодоление сосудистого барьера и миграция лимфоцитов в ткань
Рециркуляция лимфоцитов и взаимодействие со стромой лимфоидных органов
Факторы естественного иммунитета
Вовлечение и активация клеток—эффекторов естественного иммунитета
Фагоцитоз
Адгезия фагоцитов к объекту фагоцитоза
Активация фагоцитов при адгезии, погружение частицы
Формирование фаголизосомы, лизис и расщепление фагоцитированных клеток
Секреторная активность фагоцитов
Киллерная активность фагоцитов
Функционирование естественных киллеров
Гуморальные факторы естественного иммунитета
Классическая активация комплемента
Альтернативная активация комплемента
Атака клеточной мембраны
Роль комплементзависимых процессов в иммунной защите
Медиаторы воспаления
Белки острой фазы
Другие медиаторы воспаления
Молекулярные и клеточные основы адаптивного иммунитета
Мембранные иммуноглобулины
Fc-рецепторы
Рецепторный комплекс Т-лимфоцитов TCR-CD3
Формирование разнообразия антигенраспознающих молекул лимфоцитов
Антигены и их взаимодействие с антителами
Иммуногенность антигенов
Тимуснезависимые антигены, толерогенность
Специфичность антигенов
Взаимодействие антигенов и антител
Антигены и Т-клетки
Процессинг и презентация антигенов Т-клеткам
Особенности антигенов, распознаваемых Т-клетками
Молекулярные основы межклеточных взаимодействий
Интегрины, цитокины
Интерлейкины
Интерлейкины - факторы некроза опухолей
Интерфероны
Трансформирующий фактор роста
Эффекты цитокинов на уровне организма
Активация лимфоцитов
Дальнейшая передача сигнала и формирование транскрипционных факторова активации лимфоцитов
Сигналы лимфоцитов, включаемые через корецепторы
Сигнализация лимфоцитов, запускаемая цитокинами
Продвижение активации лимфоцитов по клеточному циклу
Дифференцировка лимфоцитов
Дифференцировка Т-хелперов
Дифференцировка цитотоксических Т-лимфоцитов и Т-клеток памяти
Апоптоз
Нобелевские премии, литература

Основной характеристикой В-лимфоцитов является наличие на их поверхности рецепторов для распознавания антигенов, основу которых составляют молекулы иммуноглобулинов. После взаимодействия рецептора с антигеном В-лимфоциты дифференцируются в плазматические клетки, секретирующие иммуноглобулины — молекулы, которые способны связывать соответствующий антиген, т.е. являются антителами. Как уже отмечалось, В-клетки каждого клона имеют уникальный по специфичности рецептор, распознающий одну молекулу антигена (точнее, ее участок — эпитоп). Иными словами, В-лимфоциты способны распознавать антигены благодаря наличию на их поверхности специальных рецепторов, причем конечным результатом распознавания является секреция клетками практически тех же распознающих структур — антител (см. разделы 3.1.1 и 4.1.2). Таким образом, В-лимфоциты являются основным клеточным субстратом гуморального иммунного ответа, состоящего в выработке антител, способных связать и нейтрализовать антигены, которые проникли в организм.
Рецептор В-клеток для распознавания антигена. Мембранный рецептор для антигена В-лимфоцитов (рис. 4) обозначается как BCR (от англ. В cell receptor). Его главной частью, как уже отмечалось, является молекула иммуноглобулина, встроенная в мембрану (мембранные или поверхностные иммуноглобулины обычно сокращенно обозначают как mlg или slg).
Строение антиген-распознающего рецептора В-лимфоцитов
Рис. 4. Строение антиген-распознающего рецептора В-лимфоцитов. Представлены молекулы, входящие в состав собственно рецептора (BCR) и корецепторных структур (дополнительные молекулы). В BCR обозначены полипептидные цепи, а в молекуле мембранного IgM (mlgM) — также домены.

Подробно структура иммуноглобулинов будет рассмотрена в разделе 3.1.1. Здесь необходимо сказать лишь о самых главных особенностях молекул иммуноглобулинов. Молекула так называемого мономерного иммуноглобулина состоит из двух легких (L) и двух тяжелых (Н) цепей, которые построены из относительно автономных гомологичных участков — доменов. N-концевые домены отличаются исключительно высокой вариабельностью внутри каждого организма; они называются вариабельными (V) доменами. При комбинировании V-доменов L- и Н-цепей формируются антигенсвязывающие участки (активные центры) антител, предназначенные для распознавания антигенных детерминант. Другие домены (1 в легкой цепи и 3—4 в тяжелых цепях) называют константными (С); они обеспечивают выполнение биологических функций иммуноглобулинов (связывание со специализированными рецепторами на клеточных мембранах, с компонентами комплемента и т.д.). Они же обусловливают структурно-функциональные особенности L- и Н-цепей, определяющие изотип цепей. У человека существует два изотипа L-цепей (к и λ) и 10 изотипов (классов и субклассов) Н-цепей (μ, δ, γΐ, γ2, γ3, γ4, ε, α1 и α2), которые обусловливают название молекул иммуноглобулинов: греческие буквы, которыми обозначают тяжелые цепи, соответствуют латинским буквенным обозначениям классов иммуноглобулинов. Например, μ-цепь входит в состав молекулы иммуноглобулина класса М (IgM), α-цепь — молекулы IgA и т.д. Часть молекулы иммуноглобулина, содержащую антигенсвязывающие центры, легкие цепи, V- и Cl-домены тяжелых цепей, называют Fab-порцией (Fab-фрагмент). «Хвостовую» часть, лишенную антигенсвязывающей функции и включающую остальные константные домены, называют Fc-порцией (Fc-фрагмент). Природа этих фрагментов и происхождение сокращенных обозначений будут рассмотрены в разделе 3.1.1.
Существует 3 кластера (скопления) генов, детерминирующих структуру иммуноглобулинов: для к, λ и всех Н-цепей иммуноглобулинов. Внутри кластеров имеется несколько генетических элементов: серия V-генов (несколько сотен для Н- и к-цепей), на некотором расстоянии (более 10 000 пар нуклеотидов) от их З'-конца («справа») — короткие участки D (от англ, diversity), которые присутствуют только в кластере генов Н-цепей, и J (от англ, joint), затем С-гены. В кластерах генов к- и λ-цепей имеется по одному С-гену, в кластере генов Н-цепей — серия С-генов, детерминирующих классы иммуноглобулинов. У мышей они расположены в последовательности μ, δ, γ3, γ1, γ2b, y2a, ε, α, у человека — μ, δ, γ3, γ1, ψ, α1, γ2, γ4, ε, α2 (знак ψ означает неработающий ген — псевдоген).
схема перестройки (реаранжировки) генов антигенраспознающих рецепторов лимфоцитов
Рис. 5. 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.

Основным мембранным иммуноглобулином В-клеток является мономерный IgM (сывороточный IgM является пентамером). Большинство зрелых В-клеток, не контактировавших с антигеном (т.е. «наивных» клеток), содержат на поверхности BCR, основой которых служат иммуноглобулины класса D (slgD). В состав рецептора входят также два гетеродимера, образованных полипептидными цепями Iga и IgP (CD79a и b). Они не способны распознавать и связывать антиген, но участвуют в передаче сигнала о связывании антигена внутри клетки. Сигнальной функцией обладает ряд дополнительных молекул, образующих корецептор. В его состав входят молекулы CD 19, CD20, рецептор для комплемента CR2 (CD21), связывающий фрагменты СЗ-компонента комплемента iC3b, C3dg и C3d (см. раздел 2.3.1), а также лектин Leul3 и молекула ТАРА-1 (CD8), 4 раза пронизывающая мембрану. Часть корецепторных комплексов имеет в своем составе молекулу CD22. Некоторые дополнительные сведения о BCR приведены в разделе 3.1.1.
Генез В-лимфоцитов. У млекопитающих развитие В-лимфоцитов осуществляется в эмбриональном периоде в печени (у человека — с 8—9-й недели, у мышей — с 14-х суток развития), в постнатальном периоде — в костном мозгу. У птиц развитие В-клеток начинается в костном мозгу и завершается в фабрициевой сумке (бурсе). Аналог бурсы у млекопитающих не найден, несмотря на длительные целенаправленные поиски; предполагалось, что аналогичную функцию выполняет лимфоидная ткань кишечника. Лишь у овец с определенной уверенностью можно говорить о роли групповых лимфатических фолликулов (пейеровы бляшки) подвздошной кишки в качестве аналога сумки Фабрициуса.

Имеются немногочисленные сведения о существовании общего предшественника для В- и Т-клеток, который сохраняет маркер стволовых клеток CD34, но лишен маркеров других кроветворных рядов; у мышей они экспрессируют также молекулу Thy-1. Клетки, развивающиеся в направлении В-лимфоцитов, уже на ранних стадиях приобретают некоторые свойственные им маркеры, в частности CD 19. В костном мозгу человека на долю лимфоцитов В-ряда приходится 15—20 % кариоцитов. Ранние предшественники В-лимфоцитов локализуются преимущественно в субэндостальной зоне костного мозга в тесной связи с крупными стромальными клетками, не образуют кластеров (по-видимому, вследствие постоянного перемещения).
Основой процесса развития В-лимфоцитов является формирование рецепторного комплекса BCR, в первую очередь его иммуноглобулиновой составляющей. Предпосылкой экспрессии генов иммуноглобулинов служит перестройка (реаранжировка) генов. Дело в том, что в геноме зародышевых и всех соматических клеток, кроме зрелых лимфоцитов, отсутствуют «в готовом виде» гены, кодирующие вариабельные домены иммуноглобулинов и полипептидных цепей Т-клеточных рецепторов, т.е. структур, распознающих антигены. Имеются фрагменты таких генов (V, D, J), разделенные довольно большими «генетическими расстояниями». «Зрелые» гены, кодирующие эти структуры, формируются при созревании лимфоцитов. Процесс, приводящий к формированию зрелых V-генов, состоит в изъятии генетического материала, разъединяющего указанные фрагменты. Этот процесс называется реаранжировкой генов. Принципиальная схема реаранжировки V-генов лимфоцитов представлена на рис. 5; несколько подробнее этот процесс будет рассмотрен в разделе 3.1.3. Перестройка генов и объединение участков V, D и J осуществляются при участии специальных ферментов — рекомбиназ (сегмент D сохраняется в генах Н-, но не L-цепей). Экспрессия генов этих ферментов — RAG-1 и RAG-2 — предшествует процессу реаранжировки. Реаранжировка V-генов иммуноглобулинов начинается со сближения случайно избранных элементов D и J в кластере Н-генов путем формирования цепью ДНК петли на участке между этими элементами. Затем по тому же механизму сближаются V- и DJ-гены (в генах легких цепей — V и J). При этом из большой серии зародышевых V-генов в процесс перестройки вовлекается только один (выбор происходит случайно), что в основном и определяет специфичность рецептора данной клетки. Реаранжировка генов иммуноглобулинов служит существенным источником повышения гетерогенности V-генов и соответственно рецепторов для антигена. Существует ряд дополнительных механизмов формирования разнообразия рецепторов, которые будут рассмотрены в разделе 3.1.3. Один из них состоит в нематричном приращении в области соединения V- и DJ-участков коротких олигонуклеотидов.
Таблица 2. Стадии развития лимфоцитов В-ряда

*Слева — состояние V-гена μ-цепи, после тире — состояние V-гена L-цепи, з — ген в зародышевой конфигурации; DJ, VDJ, VJ — типы перестроек V-генов.
**Неспецифические компоненты представлены только для проВ-клеток; для преВ-клеток представлены данные о L- и Н-цепях рецептора, разделенные косой линией.
ФСК — фактор стволовых клеток.

Описанная перестройка сначала затрагивает V-ген μ-цепи и лишь позже — V-гены L-цепей. Перестройка в каждом случае происходит вначале в одной хромосоме и в случае генов L-цепей затрагивает лишь один их тип (причем сначала κ, а затем λ). Если она прошла успешно, аналогичный процесс в другой хромосоме блокируется в результате прекращения экспрессии генов RAG-1 и RAG-2. Так достигается аллельное исключение, т.е. наличие в каждой клетке одного типа (по структуре и специфичности) иммуноглобулиновых рецепторов. В случае непродуктивной перестройки генов (соединение сегментов в неправильной рамке считывания, образование вслед за участками соединения терминирующих последовательностей, прекращающих считывание, и т.д.) реаранжировка генов происходит в другой хромосоме. Если же и в этом случае перестройка оказалась неудачной, клетка гибнет. После формирования «зрелых» перестроенных V-генов их экспрессия осуществляется в сочетании с экспрессией С-генов (для Н-цепей — в первую очередь Ср-гена). Результатом является формирование полных полипептидных цепей иммуноглобулина, содержащих продукты V- и С-генов.
Путем оценки состояния иммуноглобулиновых генов и определения экспрессии на поверхности клеток антигенных маркеров удается расчленить развитие В-клеток на ряд этапов (табл. 2, рис. 6). Самый ранний этап на пути развития В-лимфоцитов соответствует стадии проВ-клеток. На этом этапе гены иммуноглобулинов находятся в неперестроенной форме (в «зародышевой конфигурации»), но уже экспрессированы гены RAG-1, RAG-2 и TdT, на поверхности клеток появляются невариабельные компоненты BCR — димеры Iga и IgP (CD79a и b) и CD 19 — самые ранние пан- В-клеточные (т.е. присущие всем В-клеткам) маркеры. На этапе npeBI происходит сближение сегментов D и J V-генов Н-цепей, т.е. реализуется первый этап реаранжировки этих генов. В это время на поверхности клетки появляется молекула — предшественница иммуноглобулина — «суррогатная» L-цепь, которая содержит продукты невариабельных генов VnpeB и λ5. До момента формирования полноценного (VDJ) νμ-гена суррогатная L-цепь на поверхности npeBI-клетки связана с белками р130 и р35/р65, связь которых с иммуноглобулинами неизвестна.

Рис. 6. Перестройка рецепторных генов и экспрессия антиген-распознающих рецепторов на поверхности В- (а) и Т-(б) лимфоцитов в процессе их развития.

Переход на стадию преВП-клетки связан с завершением перестройки νμ-гена и экспрессией μ-цепи. Последняя появляется одновременно в свободной форме в цитоплазме клетки и в составе мембранного проторецептора в соединении с суррогатной L-цепыо. При этом ослабляется экспрессия генов RAG-1, RAG-2 и TdT, которая вскоре вновь усиливается, знаменуя начало перестройки генов L-цепей. Начиная со стадии преВН и до полного созревания В-клеток, на поверхности этих клеток присутствуют общие В-клеточные маркеры — CD20 и 72.
Биологическое значение проторецепторов В-клеток, содержащих суррогатную L-цепь, до конца не выяснено. Считается, что проторецепторы воспринимают сигналы от микроокружения, необходимые для осуществления первоначальной пролиферации — «экспансии» В-лимфоцитов, которая важна для формирования обширного антиген-распознающего репертуара; иногда этот процесс называют положительной селекцией (по аналогии с положительной селекцией Т-лимфоцитов, см. ниже). Две волны пролиферации предшественников В-клеток действительно происходят на стадиях проВ и преВП. Эта экспансия приводит к 20-кратному увеличению численности клеток В-ряда. В то же время примерно 55 % этих клеток гибнет вследствие неудачной реаранжировки. На стадии проВ ростовыми факторами юных представителей В-ряда служат фактор стволовых клеток и интерлейкин (ИЛ) 7, на стадии преВИ — только ИЛ-7.
На стадии преВИ происходит перестройка генов L-цепей, которая завершает процесс генетических преобразований в лимфоцитах В-ряда. При этом в каждой конкретной клетке перестраивается и экспрессируется один тип L-цепей — только к или только λ, причем число к+В-клето почти в 10 раз превышает численность Х+В-клеток. Следствием реаранжировки генов L-цепей является экспрессия последних в составе полно ценного мембранного IgM в сочетании с другими вспомогательным молекулами рецепторного комплекса. Появление на поверхности клеток сформировавшегося BCR знаменует переход клеток В-ряда на стадию не зрелой В-клетки. Завершение генетических преобразований в генах ВС находит отражение в окончательном прекращении экспрессии гено RAG-1 и RAG-2. На этом этапе развития гибнет примерно 85—90 % не зрелых В-лимфоцитов, вероятно, вследствие отрицательной селекции - выбраковки и гибели аутоспецифических клонов (осуществление этого процесса, хорошо изученного в случае Т-лимфоцитов, при развитии Е клеток строго не доказано). В итоге численность созревающих В-клеток лишь в 10 раз превышает число проВ-клеток, первоначально вступающие на путь В-лимфопоэза (у мышей за сутки образуется около 1,5 χ 1( проВ-клеток и 15 χ 106 зрелых В-лимфоцитов). Динамика численности лимфоцитов В-ряда на разных этапах их развития отражена в табл. 2.
Процесс антигеннезависимого развития В-клеток завершается экспрессией IgD-рецептора, который сосуществует с IgM-рецепторов IgM+IgD+-ioieTKH обозначают как зрелые В-лимфоциты. Экспрессия IgD-рецептора становится возможной благодаря «переключению» С генов, суть которого состоит в том, что прилегающий к V-гену Сμ-ген исключается из процесса транскрипции и вместо него считываете следующий за ним С5-ген. В последующем уже в процессе иммунного ответа происходят дальнейшее переключение С-генов рецептора и последовательное появление на поверхности В-лимфоцитов рецепторот относящихся к различным подклассам IgG, затем — к IgE и IgA. Это процесс переключения изотипов DCR будет рассмотрен в связи с антигениндуцированной дифференцировкой В-лимфоцитов (см. раздел 3.5.2).
Решающую роль в контроле развития клеток В-ряда играют костно- мозговое микроокружение — клетки стромы и молекулы межклеточного матрикса, с которыми клетки В-ряда контактируют благодаря мембранным интегринам, а также вырабатываемые ими близкодействующие гуморальные факторы. Для развития В-клеток и формирования их клонально структуры важны сигналы, подаваемые цитокинами, которые вырабатываются клетками стромы костного мозга. Уже упоминалось, что ИЛ-7 служит основным ростовым и дифференцировочным фактором на стадия проВ (наряду с фактором стволовых клеток) и преВ; возможно, ИЛ-7 определяет дифференцировку клеток в направлении В-лимфоцитов. Выживанию и развитию В-лимфоцитов на ранних стадиях способствуют фактор стволовых клеток и, по-видимому, ИЛ-3. Наоборот, ИЛ-1 и 4 отменяй ростовое действие ИЛ-7 на преВ-клетки. В то же время ИЛ-1 способствуют экспрессии генов иммуноглобулинов, а ИЛ-4 повышает выживаемости преВ-клеток (в отсутствие ИЛ-4 они подвергаются программирована гибели — апоптозу). Трансформирующий фактор роста β отменяет как ростовой, так и дифференцировочный эффекты ИЛ-7. Осуществление дифференцировки преВ-клеток способствует интерферон γ.
С момента завершения формирования рецепторного комплекса Е клетка приобретает способность взаимодействовать с антигеном. В случае, если происходит перекрестное сшивание рецепторов, их агрегация на поверхности с образованием «шапочки», видимой при флюоресцентном мечении антител, клетка реагирует на действие антигена. Форма реакции зависит от степени зрелости В-клетки. Как уже отмечалось, незрелая В-клетка реагирует на такую стимуляцию развитием апоптоза. Зрелые В-клетки отвечают на связывание и перекрестное сшивание иммуноглобулиновых рецепторов активацией и дифференцировкой в клетки, продуцирующие антитела, как правило, при условии наличия вспомогательных сигналов со стороны Т-хелперов; в отсутствие этих сигналов В- клетка подвергается апоптозу. Эти реакции В-лимфоцитов на связывание BCR подробно рассмотрены в главе 3.
Мембранные маркеры и ростовые факторы В-лимфоцитов. Для определения В-лимфоцитов при экспериментальной работе и клинико-иммунологическом обследовании людей чаще всего используют выявление на их поверхности молекул, свойственных всем зрелым В-лимфоцитам, но не другим типам клеток. Такими маркерными молекулами В-лимфоцитов являются slgM, CD 19 и 20 и другие компоненты рецепторного комплекса (см. рис. 4), а также CD72, которая, как предполагают, является рецептором для IgM и, кроме того, служит лигандом для маркерной молекулы CD5 Т-клеток. Для выявления мембранных маркеров клетки обрабатывают моноклональными антителами (см. раздел 4.1.1); в случае определения мембранного IgM используют также поликлональные антисыворотки. Антитела могут быть помечены флюоресцентным красителем флюорохромом или после инкубации клеток с немечеными мышиными антителами их дополнительно обрабатывают Fab-фрагментами антител к IgG мыши, меченными флюорохромом. После этого определяют процент флюоресцирующих клеток с помощью проточной цитофлюорометрии или флюоресцентной микроскопии (что менее предпочтительно в связи с субъективностью оценки результатов). Использование проточных цитометров позволяет выделить меченые клетки и получить чистую популяцию В-лимфоцитов или любых клеток, которые помечены флюорохромом. Принципы изучения клеток иммунной системы в практике клинической иммунологии рассмотрены в разделе 5.5.1.
Зрелые В-лимфоциты располагают необходимыми мембранными молекулами (табл. 3, рис. 7), чтобы не только распознать антиген, но и эффективно контактировать с другими клетками иммунной системы, в частности с Т-хелперами (CD40, CD80, CD86, уже упоминавшаяся CD72), а также с межклеточным матриксом (интегрины семейства β1— VLA-2 и 4, β2—LFA-1), молекулами иммуноглобулинов (рецептор для Fc- порции IgG — Fcγl, или CD32), компонентами комплемента С3b (CD35) и C3d (CD21, он же — рецептор для вируса Эпштейна — Барр), цитокинами (рецепторы ИЛ-1 и 4, интерферона γ). Особое место среди мембранных структур В-лимфоцитов занимают молекулы главного комплекса гистосовместимости (МНС) I и II классов, позволяющие им выполнять функцию антиген-представляющих клеток.

Таблица 3. Маркеры В-лимфоцитов человека

Примечание. ССР — контрольные белки системы комплемента; CKR — цитокиновые рецепторы; SCR — рецепторы-«мусорщики» (от англ. scavenger); NGFR — семейство рецепторов фактора роста нервов; муцин — муциноподобные молекулы. При обозначении молекулярной массы цифры, разделенные косой линией, соответствуют массам субъединиц молекулы.
Рис. 7. Основные мембранные маркеры лимфоцитов.

Т — Т-лимфоциты; В — В-лимфоциты; NK — NK-клетки. Представлены наиболее важные маркеры. В скобках даны дополнительные обозначения (после основных названий). Курсивом отмечены маркеры субпопуляций, а звездочкой — маркеры активации. В распределении обозначений маркеров по окружности отсутствует строгая закономерность, лишь антиген-распознающий рецептор и связанные с ним структуры всегда расположены в верхней части, молекулы адгезии — в левой части, а активационные маркеры — в нижней части окружности. IL-R — рецептор для интерлейкина.



 
« Основы иммунологии   Основы педиатрии »