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

Рецепторный комплекс Т-лимфоцитов TCR-CD3 - 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

Антигенраспознающий рецепторный комплекс Т-лимфоцитов TCR — CD3
Природа антиген-распознающего рецептора Т-клеток оставалась неизвестной до начала 80-х годов, когда совместными усилиями нескольких исследовательских групп были идентифицированы две полипептидные цепи (а и β), входящие в состав рецептора Т-клеток вместе с ранее описанной молекулой CD3. Для обнаружения цепей, образующих рецептор, были использованы клоноспецифические моноклональные антитела, оказывающие на клетки соответствующих клонов антигеноподобное действие, вызывая их пролиферацию и дифференцировку в киллеры. В конце 80-х годов было установлено существование второго типа рецептора Т-клеток, образованного двумя другими полипептидными цепями (γ и δ), которые комплексированы с той же молекулой CD3. Если основным назначением собственно рецептора (TCR) является связывание антигенного пептида, комплексированного с продуктами главного комплекса гистосовместимости (МНС), то функция CD3 заключается в передаче антигенного сигнала в клетку. Структура и генетический контроль рецепторов αβ- и γδ-типов аналогичны.
Димеры αβ и γδ. Полипептидные цепи, образующие собственно рецепторную часть антигенраспознающих комплексов, относятся к суперсемейству иммуноглобулинов и имеют доменную структуру. Молекулярная организация ΤCRαβ и TCRγδ совершенно аналогична (за редкими исключениями, которые будут упомянуты далее). Основные сведения о полипептидных цепях TCR приведены в табл. 41.
Гомология цепей TCR и молекул иммуноглобулинов невелика. Их сходство в большей степени относится к доменной организации и особенностям вторичной и третичной структуры доменов, которая имеет слоистый вид и стабилизирована дисульфидной связью, как и в цепях молекул иммуноглобулинов. Каждая цепь TCR имеет по одному V- и С- домену (в каждом домене содержится 87—113 аминокислотных остатков), трансмембранный (12—20 остатков) и очень короткий цитоплазматический (3—5 остатков) домены. Структура TCR схематически показана на рис. 9.
В V-доменах TCR, как и в V-доменах молекул иммуноглобулинов, имеется 4 участка с относительно постоянной аминокислотной последовательностью (каркасные участки) и 3 гипервариабельных участка (участки, определяющие комплементарность, — CDR).

Таблица 41. Характеристика полипептидных цепей, входящих в состав рецепторного комплекса TCR — CD3

Особенно высокая степень вариабельности свойственна третьему гипервариабельному участку. Гипервариабельные участки входят в состав полости, образующей антигенсвязывающий участок рецептора (его активный центр). V- домены TCR, как и молекул иммуноглобулинов, подразделяются на несколько семейств со сходной каркасной последовательностью. Для некоторых семейств V-домена β-цепи установлена связь с определенной специфичностью в отношении суперантигенов или молекул МНС. Например, νβ6 связан с распознаванием эндогенного суперантигена Mls-1а, а Vβ17а — продуктов гена МНС Ι-E. Гомология различных семейств V- доменов составляет 15—60 % (для каркасной последовательности — около 70 %), С-доменов — около 80 %.
Для распознавания антигенного пептида в комплексе с продуктами МНС требуется сохранение целостности димера: антигенсвязывающий участок TCR образован V-доменами обеих цепей, а изолированные цепи практически лишены антигенсвязывающей способности. Несмотря на различие цепей, формирующих антигенсвязывающие участки TCR и молекул иммуноглобулинов, иногда удавалось выявить перекрестную реактивность их идиотопов, что отражает сходство их пространственной структуры. Полипептидные цепи TCR соединены дисульфидными связями (исключение составляет одна из разновидностей γδ-TCR, в которой цепи связаны нековалентно). Эта связь находится в непосредственной близости к мембране вне иммуноглобулиновых доменов, в гибком (шарнирном) участке. Обе цепи имеют по два участка гликозилирования.
Цепи TCR экспрессируются на мембране только в комплексе с CD3. Для установления связи с ними в составе трансмембранного домена цепей TCR имеется положительно заряженный остаток лизина, который взаимодействует с отрицательно заряженным остатком аспарагиновой кислоты в цепях CD3.
Доказана альтернативность экспрессии αβ-TCR и γδ-TCR. Как и в случае иммуноглобулинов, каждая клетка может экспрессировать только TCR, идентичные по составу и специфичности. В норме на поверхности зрелых Т-клеток содержится 30 000—40 000 молекул TCR. Растворимые молекулы рецептора в норме не определяются, они продуцируются лишь клетками с мутациями по С-генам TCR.
На основе аналогий с иммуноглобулинами и данных кристаллографических исследований созданы модели активного центра TCR. Согласно одной из них, участки CDR1 и 2 вовлекаются во взаимодействие с наружными доменами молекул МНС, a CDR3 — с антигенным пептидом. В пользу такого распределения свидетельствует ограниченное разнообразие молекул МНС и высокое — антигенных пептидов, что соответствует аналогичной вариабельности CDR, участвующих в их распознавании.
Комплекс CD3. Комплекс полипептидных цепей, обозначаемый CD3, выявлен в 1979 г. (т.е. раньше, чем цепи TCR) с помощью моноклональных антител ОКТЗ. Оказалось, что эта структура включает молекулы 4—5 типов (рис. 47, с. 183). Все цепи комплекса CD3 (γ, δ, ε, ζ, η) являются трансмембранными белками. Сведения о размерах и структуре цепей CD3 приведены в табл. 41. Цепи γ, δ и ε гомологичны между собой, а также а- и β-цепям В-клеточного рецептора; они относятся к суперсемейству иммуноглобулинов. Эти цепи весьма консервативны по структуре (межвидовая гомология составляет 85—90 % при 70—80 % для цепей TCR). Цепи у, δ и ε соединены между собой, а также с TCR и ζ-димером нековалентно (уже упоминалось об их связывании с цепями TCR, через заряженные остатки аминокислот в трансмембранной части молекул). Четыре остатка цистеина в у- и δ-цепях используются для формирования доменов.
Цепь ζ представлена в рецепторном комплексе в виде димера, который иногда рассматривают как автономную часть комплекса TCR — CD3 благодаря его структурной обособленности и существенному отличию ζ-цепи от других составляющих комплекса CD3: ζ-цепь не относится к суперсемейству иммуноглобулинов. Из 143 аминокислотных остатков ζ-цепи лишь 9 располагаются внеклеточно и 22 — трансмембранно; 112 остатков образуют цитоплазматический домен. Необычно большой размер цитоплазматического участка связан с важной ролью ζ-цепи в передаче сигнала внутрь клетки: эта цепь содержит так называемую активационную последовательность, связанную с рецептором (ΙΤΑΜ; подробнее см. в разделе 3.4.3). Через эту последовательность формируется нековалентная связь ζ-цепи с тирозинкиназой ΖΑΡ-70, что является ключевым звеном на начальном этапе передачи сигнала с мембраны внутрь клетки (см. раздел 3.4). Молекула ζ-цепи не гликозилирована.
Около 10 % ζ-цепей комплекса образуют не гомодимер, а гетеродимер с η-цепью. Обе цепи являются продуктами одного гена; различия обусловлены присутствием или отсутствием в молекуле продуктов последнего экзона. Как гомодимер, так и гетеродимер, содержащие ζ-цепь, соединены дисульфидной связью. В составе TCR Т-клеток слизистых оболочек наряду с ζ-цепью имеется γ-цепь, идентичная таковой FcγRIII и FcεRI (см. раздел 3.1.1).
Строение корецепторных и костимулирующих молекул Т-лимфоцитов
Рис. 48. Строение корецепторных и костимулирующих молекул Т-лимфоцитов. Внизу названия молекул. Внутри кружков указан тип, к которому относятся соответствующие иммуноглобулиноподобные домены S-S — дисульфидные связи; прямоугольные выступы — углеводные остатки. В прямоугольных рамках названия киназ, с которыми связаны цитоплазматические участки молекул.

Представления о четвертичной структуре комплекса TCR — CD3 окончательно не сложились. Его молекулярная масса при условии мягкой экстракции без применения восстанавливающих агентов составляет 300 000. Соотношение димера αβ, ε- и ζ-цепей составляет 1 : 1 : 1, а упомянутых компонентов и γ-, δ-цепей — 2: 1. На этом основании сделан вывод, что формула рецепторного комплекса такова: αβ, γ, δ, ε2, ζ2, т.е. это двухвалентный комплекс (см. рис. 47).
Цепи CD3 синтезируются в избытке. Их сборка происходит в эндоплазматическом ретикулуме. При этом сначала формируется тетрамер γδε2, затем к нему подсоединяются димеры αβ или γδ (допускается, что к комплексу CD3 цепи рецептора могут подсоединяться по отдельности). В аппарате Гольджи происходит их гликозилирование, и полимер в составе (αβ)2γδε2 перемещается на мембрану, где к нему подсоединяется димер ζ2. Экспрессия становится возможной только при наличии всех компонентов комплекса TCR — CD3 («узким местом» обычно оказываются компоненты TCR). До этого цепи CD3 присутствуют в цитоплазме клеток. В состав TCRαβ и TCRγδ входят идентичные цепи CD3; организация комплексов обоих типов сходна.
С Т-клеточным рецептором ассоциировано несколько молекул протеинкиназ: помимо упомянутой тирозинкиназы ZAP-70, с ним нековалентно связана тирозинкиназа fyn. Кроме того, функционирование рецепторного комплекса связано с дополнительными адгезивными молекулами, представленными на поверхности клетки CD4 и CD8.

Таблица 42. Некоторые характеристики молекул CD4 и 8

Показатель

CD4

CD8ap

CD8aa

Хромосома

3

2/2

2

Мол. масса, х1000

55-59

34/32

34/34

Доменная структура

V-C-C-C-TM-Cy

V-S-TM-Cy/V-
S-TM-Cy

V-S-TM-Cy

Экспрессия на Т-клетках

Т-хелперы

Т-киллеры, развивающиеся в тимусе

Т-киллеры, развивающиеся вне тимуса

Распознаваемый класс МНС (в скобках — распознающий домен)

И (Ср2)

I (Са3)

I (Са3)

Функция

Корецепция, передача сигнала, регуляция ответа, индукция апоптоза

Корецепция, передача сигнала, регуляция ответа

Вероятно, то же, что у CD8aP

Примечание. Сокращенные обозначения доменов: V — иммуноглобулиновый, подобный вариабельному; С — иммуноглобулиновый, подобный константному; S — соединительный (спейсерный) участок; ТМ — трансмембранный; Су — цитоплазматический.

На зрелых Т-клетках присутствует один из двух вариантов молекул, играющих вспомогательную роль при распознавании антигенных пептидов. Они различны для Т-клеток, распознающих антигенный пептид в комплексе с разными типами молекул МНС (см. разделы 1.2.2 и 3.3.2) и выполняющих различные функции: на Т-хелперах, распознающих антиген в молекулярном «контексте» молекул МНС II класса, это CD4 (gp56), а на Т-киллерах, распознающих антиген в комплексе с молекулами I класса, — CD8 (гетеродимер, содержащий а- и β-цепи, gp34/32 или гомодимер, состоящий из двух α-цепей). Подобная «приуроченность» вспомогательных молекул к определенным типам молекул МНС связана с их сродством к этим молекулам. Это обусловливает основную функцию CD4 и CD8, которая состоит в повышении сродства рецепторного комплекса Т-клеток к комплексу молекулы МНС с антигенным пептидом, который представляют им антигенпрезентирующие клетки. На поверхности «наивных» клеток эти вспомогательные молекулы не связаны физически с комплексом TCR — CD3, физическое взаимодействие с последним возникает в процессе распознавания молекул МНС, несущих пептиды. На основании косвенных данных предполагают, что связь CD4 и CD8 с рецепторным комплексом сохраняется у активированных Т-лимфоцитов и Т-клеток памяти.
Сведения о молекулах CD4 приведены в табл. 42 и на рис. 48. Эти молекулы довольно сильно отличаются друг от друга, хотя основой обеих являются внеклеточные иммуноглобулиновые домены и цитоплазматическая часть, связанная с тирозинкиназой р561ск.


Puc. 49. Локализация генетических сегментов неперестроенных генов Т-клеточного рецептора AD (кодирует а- и δ-цепи TCR), В (кодирует β-цепь) и G (кодирует γ-цепь).
п.о. — пары оснований. Для всех трех регионов схема построена в одном масштабе. Множественные вертикальные полоски в сегментах Va/V5 и νβ соответствуют многочисленным кодирующим участкам (с. 191).
Молекула CD4 имеет 4 внеклеточных домена. Из них N-концевой построен по типу V-доменов, а остальные по структуре аналогичны С-доменам. В наружном домене сосредоточены важные в функциональном отношении участки, ответственные за связь с молекулой МНС II класса (точнее, с ее р2-доменом, с которым соединяется V-домен CD3). Известно, что CD4 является рецептором вируса СПИД — ВИЧ-I. Связывающий участок для него также находится в V-домене; в него вовлечены аминокислотные остатки 31—57 и 81-94.
Обе цепи димера CD8 имеют по одному Ig-подобному внеклеточному домену V-типа, который соединен с трансмембранной частью молекулы с помощью длинного спейсерного («разъединительного») участка. Последний содержит в α-цепи 50, а в β-цепи — 30 аминокислотных остатков. Два участка, ответственных за взаимодействие с молекулой МНС
класса, расположены в V-домене. Цепи соединены дисульфидной связью. С молекулой МНС I класса (ее α3-доменом) взаимодействует α-цепь CD8. Гетеродимер CD8-αβ присутствует на поверхности большинства зрелых СD8+-Т-клеток, прошедших дифференцировку в тимусе, а гомодимер CD8-αα — на Т-клетках, дифференцирующихся вне тимуса. Биологический смысл использования гетеро- и гомодимеров CD8 разными Т-клетками не установлен.
Таблица 43. Характеристика генов, детерминирующих антигенраспознающие молекулы

* 22 семейства.
** 20 семейств.
На поверхности кортикальных тимоцитов оба типа вспомогательных молекул сосуществуют. Выбор одного из них происходит в процессе дифференцировки на субпопуляции и неразрывно связан с селекцией (см. раздел 1.1.1 и рис. 14). Полагают, что одна из функций вспомогательных молекул состоит в обеспечении возможности использования одного и того же рецептора (TCR) Т-клетками с различными функциями. Действительно, функция клеток каким-то образом связана со способом распознавания, который определяется типом молекул МНС, входящих в состав распознаваемого комплекса. Распознавание молекул МНС в составе их комплекса с антигенным пептидом лишь частично обусловлено специфичностью TCR; значительный вклад в распознавание МНС вносят вспомогательные молекулы (корецепторы) CD4 и 8.
Еще одна важнейшая функция молекул CD4 и 8а состоит в инициации передачи сигнала в клетку. Эта функция реализуется благодаря установлению связи данных молекул с тирозинкиназой src-типа (см. раздел 3.5.1) р561ск. Сродство киназы к CD4 и 8а повышается после того, как их конформация изменяется под влиянием взаимодействия с молекулой МНС. Когда происходит связывание ρ56lck с цитоплазматической частью вспомогательных молекул, киназа активируется, результатом чего является фосфорилирование нескольких белков, включая ζ-цепь TCR — CD3 (см. раздел 3.5.1).
Помимо рассмотренных «положительных» функций молекул CD4 и 8, они играют определенную регуляторную роль. Изолированное перекрестное связывание этих молекул (без вовлечения рецептора) вызывает подавление ответа при действии на TCR. В случае предварительного связывания CD4 последующая стимуляция через TCR вызывает апоптоз клеток.
Можно заключить, что молекулы CD4 и 8 способствуют распознаванию комплекса антигенного пептида с молекулами МНС, повышая сродство к нему рецептора Т-клеток, определяют специфику распознавания антигена Т-хелперами и Т-киллерами, участвуют в запуске активационного сигнала благодаря контакту с тирозинкиназой р561ск и участвуют в регуляции активности 1-клеток. 11о ориентировочным данным, участие вспомогательных молекул повышает примерно в 100 раз эффективность стимуляции Т-клеток антигеном.



 
« Основы иммунологии   Основы педиатрии »