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

Специфичность антигенов - 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

Как уже отмечалось, при изучении иммунного ответа на конъюгаты гаптенов с белками-носителями было установлено, что специфичность конъюгатов обусловливается гаптеном, т.е. относительно небольшими порциями молекулы иммуногена, обладающими четкой структурной индивидуальностью. Позже это подтвердилось при анализе специфичности природных молекул белков и полисахаридов, а также при изучении ответа на синтетические полипептиды.
В этих работах было, в частности, установлено, что практически в любой молекуле антигена есть несколько детерминант, или эпитопов. Для антигенов с монотонной структурой (например, углеводных антигенов) характерны повторяющиеся однотипные детерминанты. Для белков свойственны разнообразные детерминанты, против каждой из которых в принципе может быть индуцирована выработка антител, отличающихся по специфичности от антител к другим детерминантам. При этом внутри молекулы устанавливается определенная иерархия детерминант, когда одна из них является доминирующей (явление иммунодоминантности), т.е. в спектре антител, которые образуются при введении этого антигена, преобладают антитела, специфичные к данной детерминанте. После ее искусственного удаления доминирующая роль переходит к другому эпитопу.
Связь специфичности антигенов с относительно небольшими фрагментами их молекулы объясняется самой природой этой специфичности. Она служит отражением особенностей тех структур, которые способны распознавать антиген и связывать его. Такими структурами являются рецепторы лимфоцитов и свободные антитела. Именно соответствие (прежде всего пространственное) между антигеном и рецептором или антителом, дающее им возможность взаимодействовать с высокой степенью сродства, является материальным проявлением специфичности антигенов. Но в этом случае размер антигенных детерминант неизбежно должен определяться размерами активных центров антигенсвязывающих рецепторов и антител, поскольку упомянутые активные центры представляют собой впадины, которые могут заполняться антигенной детерминантой.
Объем детерминант составляет примерно 2—3 нм3, а протяженность — 2—4 нм. Полипептидная цепь такой длины соответствует 7— 15 аминокислотным остаткам (мол. масса 600—1000), углеводная цепь — примерно 6 моносахаридным остаткам. Роль остатков в проявлении специфичности эпитопа неодинакова: на долю концевого сахара приходится 39 % энергии взаимодействия эпитопа с активным центром антитела, по мере удаления от конца эта доля убывает и для 6-го остатка она составляет менее 6 %.
Следует подчеркнуть относительность границ эпитопов в нативных молекулах, особенно белковых. Не только животные разных видов, но и разные представители одного вида «различают» неидентичные по размерам и составу эпитопы. Более того, анализ специфичности моноклональных антител, продуцируемых гибридными клонами, которые получены на основе клеток селезенки одной мыши, иммунизированной антигеном, свидетельствует о размытости границ эпитопов и наличии целых популяций моноклональных антител к вариантам одного и того же эпитопа. Кроме того, при этом регистрируется разнообразие антител сходной специфичности по сродству к эпитопу, т.е. по степени пространственного соответствия активных центров антител конфигурации эпитопа. Отсутствие жесткого соответствия их конфигураций — важная особенность иммунологической специфичности (особенно при первичном иммунном ответе). Это несоответствие выглядит вполне естественным, если учесть, что связывающие структуры формируются без участия антигена и поэтому соответствие конфигураций активного центра антител и эпитопа неизбежно является неполным. Формирование этого соответствия завершается в процессе «подгонки» при взаимодействии антигена с антителом. В него вовлекаются как антитела, так и антиген, незначительно изменяющие свою конфигурацию для достижения комплементарности (отсюда роль гибкости структуры в формировании иммунодоминантных эпитопов).
Разрешающая способность распознавания гаптенов антителами детально изучена с помощью реакции задержки. Сущность ее состоит в том, что исследуемый свободный гаптен, взаимодействуя с антителами, препятствует реакции с ними конъюгата гаптен — белок, дающий видимые эффекты типа преципитации. При использовании идентичных гаптенов в свободной форме и в конъюгате реакцию можно полностью блокировать. При отсутствии идентичности степень подавления реакции будет тем выше, чем больше сходство между гаптенами. Аналогичные результаты можно получить при оценке перекрестной реакции конъюгатов, содержащих сравниваемые гаптены, с антителами к одному из них. Анализ, выполненный с помощью этих методик, позволил установить высокую разрешающую способность серологического распознавания (т.е. распознавания с помощью сыворотки, содержащей антитела). Выяснилось, что антитела различают оптическую конфигурацию углеводов, замещение атомов водорода в циклических соединениях на кислотные и азотсодержащие группы (в определенной степени даже на галогены).
Четко распознаются позиции замещения (орто, мета, пара), особенно при замещении кислотными группами. Наконец, распознается заряд детерминанты, которому соответствует противоположный заряд активного центра.
Как известно, белковые молекулы имеют развитую пространственную структуру, причем гидрофильные аминокислотные остатки оказываются экспонированными на поверхности белковой глобулы, тогда как другие (преимущественно гидрофобные) скрыты в глубине клубка. В основе взаимодействия антигенов и антител лежит пространственное соответствие конфигураций эпитопа и активного центра антител. Учитывая это, можно полагать, что в формировании детерминанты могут иметь значение не только линейная последовательность аминокислотных остатков, но и пространственные образования, включающие отдаленные друг от друга участки молекулы. Оказалось, что это действительно так. Серологически выявляемые антигенные детерминанты белков бывают двух типов — секвенциальные (линейные), по преимуществу концевые, и конформационные, причем последние количественно преобладают. Оба типа детерминант объединяет лишь локализация на поверхности белковой глобулы.
Существование конформационных детерминант четко обосновано в опытах с синтетическими полипептидами. Было получено два типа полипептидов на основе остатков Glu, Ala, Туr. В одном из них триада этих остатков повторялась последовательно и многократно, причем цепь приобретала α-спиральную конфигурацию. В другом полипептиде к линейному пептиду, образованному остатками Ala, «подшивали» боковые группы Glu—Ala—Туr. Схематически структура этих пептидов выглядит следующим образом.
Пептид 1-го типа:

К пептидам обоих типов получали антитела. Оказалось, что они не реагировали между собой перекрестно. Реакция антител с полипептидами второго типа блокировалась трипептидом Glu-Ala-Tyr. Реакция полипептидов первого типа со своими антителами блокировалась линейными пептидами, образованными как минимум 17 чередующимися остатками Glu, Ala, Туr, формирующими α-спираль. Таким образом, антитела к линейному полипептиду были направлены к конформационной детерминанте, формируемой α-спиралью, а антитела к разветвленному полипептиду — к секвенциальной детерминанте, т.е. к детерминанте, зависящей от последовательности аминокислотных остатков.

эпитопы белковых антигенов
Рис. 51. Конформационные эпитопы белковых антигенов (из учебника А. Ройта, 1991).
а — эпитоп молекулы лизоцима, связанный с «петлей» полипептидной цепи, положение в целой молекуле (петля выделена черным цветом); б — та же петля в изолированном виде сохраняет свою конформацию; в — конформация петли нарушается после восстановления дисульфидной связи; г — эпитопы молекулы миоглобина спермы кашалота. Соединенные в виде цепочки остатки 18—22 соответствуют линейному эпитопу, две группы остатков, обведенные овалами, соответствуют двум конформационным эпитопам, распознаваемым моноклональными антителами, остаток 109 входит в состав Т-клеточного эпитопа.

Классическим примером конформационной детерминанты является петля в молекуле лизоцима, включающая аминокислотные остатки в положении 60—83, скрепленная дисульфидной связью (рис. 51). Разрыв связи ликвидирует эту детерминанту. Эпитопы подобного рода обнаружены в различных белках. Они ликвидируются при денатурации, восстановлении и других воздействиях, влияющих на конформацию белковых молекул. Линейные и конформационные детерминанты могут «сосуществовать» в одной молекуле. Так, в составе молекулы миоглобина есть линейная детерминанта, содержащая аминокислотные остатки в положении 18—22 и конформационные детерминанты, включающие остатки в положениях 83, 144 и 145, а также 34, 53 и 113.
Конформационные детерминанты особенно наглядно демонстрируют важность для серологического (и В-клеточного) распознавания не столько определенных химических соединений, сколько пространственных структур, которые они образуют. Это положение может быть иллюстрировано на примере перекрестной реактивности конкретных химических соединений — гаптенов — с эпитопами антиидиотипических антител (т.е. антител, распознающих некоторые идиотопы антител, специфичных к этим группам).
Зоны реакции преципитации
Рис. 52. Зоны реакции преципитации.
Изменение количества преципитата (б) и содержания (а) антигена (АГ) и антител (АТ) в надосадочной жидкости при добавлении к постоянному количеству антигена нарастающих количеств антител — кроличьих (1) и лошадиных (2) (с. 210).

Перекрестная реактивность в этом случае основана на том, что конфигурация активного центра (и, следовательно, в определенной степени идиотопов) комплементарна, с одной стороны, конфигурации эпитопа иммуногена, с другой — антиидиотипу. Следовательно, эпитоп и антиидиотип, если не идентичны, то сходны друг с другом.
Анализ специфичности конформационных детерминант с помощью методов, разработанных при изучении гаптенов и применимых для секвенциальных детерминант, практически невозможен. Это связано с тем, что при извлечении из целой молекулы конформационная детерминанта изменяет свою конфигурацию. Эти эпитопы изучают путем подбора белков (от родственных видов, мутантных линий клеток и т.д.), отличающихся единичными заменами аминокислотных остатков. При этом для оценки реакции часто используют твердофазный иммуноферментный анализ, позволяющий достичь высокой степени стандартизации и производительности. В исследованиях такого рода широко применяют синтетические пептиды достаточно большой протяженности (для воспроизведения конформационных структур).
Размеры конформационных детерминант варьируют даже в более широких пределах, чем линейных детерминант; они соответствуют 6— 17 аминокислотным остаткам. Так, в молекуле миоглобина размер конформационного эпитопа соответствует 6—8, в молекуле бычьего сывороточного альбумина — 10—12 остаткам. Описаны случаи пространственного разобщения частей конформационных детерминант (например, в некоторых аллотипических детерминантах иммуноглобулинов, в уже упоминавшихся эпитопах миоглобина). Как и в линейных детерминантах, в конформационных эпитопах значение отдельных остатков может существенно варьировать. Так, в формировании описанной выше петлевой детерминанты лизоцима ключевая роль принадлежит остатку в положении 68. В данном случае проявляется уже упоминавшийся фактор гибкости эпитопа, позволяющей «подогнать» конфигурацию конформационного эпитопа к структуре активного центра антител. Оно реализуется благодаря присутствию в эпитопах остатков, обеспечивающих эту гибкость (например, пролина).
Важным и практически неизученным является вопрос об активных факторах, обусловливающих иерархию эпитопов и реализуемых через ингибирование одними эпитопами иммунного ответа на другие эпитопы, что может происходить с участием супрессорных клеток.
Несмотря на то что знания о структурных основах конформационных и линейных эпитопов белков пока далеко не полные, их достаточно, чтобы с высокой долей уверенности прогнозировать, какие участки белковой молекулы окажутся антигенными детерминантами. В основе расчетов лежат различные соображения. В первую очередь выбираются участки с высоким соотношением гидрофильных и гидрофобных остатков (условие локализации эпитопа на поверхности молекулы), а также с аминокислотными остатками, придающими этому участку гибкость. Детерминанты, сконструированные на основе такого расчета (с использованием компьютерных программ), синтезируются и с успехом используются в серодиагностике и для приготовления искусственных вакцин.



 
« Основы иммунологии   Основы патологической физиологии »