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

Взаимодействие антигенов и антител - 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

В основе реакции антиген — антитело лежит взаимодействие между эпитопами антигена и активными центрами антител, основанное на их пространственном соответствии (комплементарности). Реакция протекает в два этапа. На первом этапе происходит взаимодействие как таковое, на втором — видимые его проявления, возникающие вследствие изменения физико-химического состояния компонентов реакции при их комплексировании.
Первый этап реакции происходит очень быстро. Взаимодействие эпитопов с активными центрами антител основано на установлении химических связей (нековалентных), не отличающихся от тех, которые возникают между молекулами других типов. В основе этих связей лежат следующие типы сил межмолекулярных взаимодействий:
• электростатические, включающие ионные (между заряженными группами, например, карбоксильными и аминогруппами аминокислотных остатков) и полярные (связанные с формированием диполей);

  1. водородные (связанные с образованием водородных мостиков между гидрофильными группами);
  2. гидрофобные (обусловленные энергетическими преимуществами контакта гидрофобных участков молекул между собой по сравнению с их взаимодействием с водой);
  3. силы Ван-дер-Ваальса (основанные на взаимодействии электронных облаков).

Все эти взаимодействия проявляются при близком контакте молекул, основой которого является комплементарность участков молекул антигена и антител. Известно, что интенсивность электростатических взаимодействий убывает пропорционально квадрату расстояния, а сил Ван-дер- Ваальса — пропорционально расстоянию в седьмой степени. При близком контакте молекул проявляются и силы отталкивания (в случае несоответствия конфигурации электронных облаков).
Взаимодействие антигена с антителом обратимо и подчиняется закону действия масс, на основе которого рассчитывают константу равновесия формирования и диссоциации иммунных комплексов: К = [АbН]/[Аb][Н], где К — константа равновесия, [Аb] — концентрация несвязанных антител, [Н] — концентрация свободного гаптена, [АbН] — концентрация комплекса антител с гаптеном.
Константа равновесия служит мерой сродства (аффинности) антител. Поскольку аффинность отражает степень пространственного соответствия активного центра антитела и эпитопа, она может служить количественной оценкой специфичности антител по отношению к данному эпитопу. Для ее определения используют метод равновесного диализа. Антитела находятся внутри диализуемого объема, а свободный (но не связанный) гаптен способен проникать через диализационную мембрану. Это создает возможность прямого измерения всех параметров приведенной выше формулы. Для расчетов аффинности используют также графический подход с применением координат Скэтчарда. Последние представляют собой зависимость отношения концентрации связанного гаптена на 1 моль антител (г) к концентрации свободного гаптена от величины r, для гомогенных антител эта зависимость имеет линейный характер.
Помимо кинетического подхода к изучению аффинности, существует термодинамический подход, основанный на анализе изменений свободной энергии при взаимодействии антиген — антитело. Изменение свободной энергии обратно пропорционально логарифму константы аффинности.
При использовании высокомолекулярных и поливалентных антигенов измерение аффинности антител осложняется. Для суммарной оценки сродства (функциональной аффинности, или авидности) антител в этом случае применяют дополнительные приемы, позволяющие оценить концентрацию хотя бы одного из компонентов реакции. Это осуществляют обычно на основе радиоиммунного или иммуноферментного тестов. Оценка функциональной аффинности актуальна также с точки зрения учета эффекта поливалентности антител. Так, каждый активный центр
IgM-антител обычно имеет меньшую аффинность по отношению к эпитопам, чем активный центр IgG-антител той же специфичности, но суммарная (функциональная) аффинность IgM-антител может оказаться выше вследствие большего числа активных центров.
При анализе взаимодействий с антителами сложных молекул (особенно белковых), которые несут несколько эпитопов, необходимо учитывать взаимные влияния связывания различных пар эпитоп — антитело. Установлено, что при связывании нескольких различных эпитопов молекулы антигена с соответствующими антителами эффективность (т.е. сродство) каждого взаимодействия повышается. Это объясняют снижением вероятности диссоциации каждой связи при сохранении контакта взаимодействующих молекул благодаря наличию других связей.
Другая проблема, осложняющая изучение сродства антигенов и антител, это гетерогенность популяции антител по показателю сродства. Такая гетерогенность обусловлена тонкими различиями антител по специфичности. С помощью перечисленных выше подходов удается оценить усредненную аффинность популяции антител, а также рассчитать показатель их гетерогенности по аффинности. Указанная проблема полностью решается в случае использования моноклональных антител, «гомогенных» по всем показателям, включая специфичность и, следовательно, аффинность (см. раздел 4.1.2).
Первый этап взаимодействия антигена с антителом сам по себе не имеет видимых проявлений. Для его обнаружения используют разного рода метки (флюоресцентные красители, ферменты, изотопы и др.). Обычно метят антитела; при их связывании с материалом, содержащим антиген (клетками, веществами, фиксированными на носителе и др.), на нем удается обнаружить метку. Этот подход лежит в основе разнообразных тестов, широко используемых в исследовательской и клинико-лабораторной практике. Традиционно его комбинировали с гистологическим или электронно-микроскопическим исследованием фиксированного биологического материала (срезов). В последние годы широкое распространение получило определение мембранных молекул клеток с помощью моноклональных антител, меченных флюорохромами; определение в этом случае осуществляют методом проточной цитофлюорометрии. Созданы новые высокочувствительные методы регистрации связывания антигенов антителами, фиксированными на поверхностях, в основу которых положена оценка трансформации энергии связывания в физические сигналы (биосенсорные системы).
Другая группа методов основывается на оценке второго этапа реакции антиген — антитело, проявляющегося в образовании иммунного комплекса с разнообразными физико-химическими и биологическими последствиями. Основное из этих проявлений — формирование преципитата. Еще в те времена, когда структура антител и их валентность были неизвестны, анализ реакции преципитации (количественная преципитация по Гейдельбергеру, рис. 52, с. 207) позволил сформулировать основные иммунохимические закономерности. Реакция количественной преципитации послужила важнейшим источником информации о свойствах антител, когда иные методы их изучения были недоступны.
Генетический регион главного комплекса
Puc. 53. Генетический регион главного комплекса (МНС) гистосовместимости мыши (Н-2) и человека (HLA).
Римскими цифрами отмечены участки, занимаемые генами МНС I, II и III классов; буквами обозначены индивидуальные гены (с. 214).

Тогда же была создана теория решетки, согласно которой в основе формирования преципитата лежат бивалентность антитела и поливалентность антигена. В результате при взаимодействии антигена с малым количеством антител формируются комплексы из одиночных пар молекул. Эти комплексы растворимы. По мере увеличения количества антител возникает возможность не только каждой молекуле антитела связывать две молекулы антигена, но и разным молекулам антитела взаимодействовать с одной молекулой антигена. В результате формируется молекулярная решетка, не способная «удержаться» в растворе и формирующая преципитат. Размер решетки и объем преципитата увеличиваются с нарастанием дозы антител (при постоянной концентрации антигена). В зоне эквимолярных соотношений (когда в жидкости над преципитатом не удается обнаружить ни антигена, ни антител), а также при некотором избытке антител объем преципитата максимален. Дальнейшее добавление антител приводит к своеобразной блокаде молекулы антигена: антиген оказывается связанным с обеими валентностями нескольких антител. Это препятствует формированию решетки и сопровождается образованием относительно небольших растворимых комплексов состава Ag4Ab3, Ag3Ab2 или Ag2Ab. Такие представления в основном подтвердились, хотя и были уточнены во многих деталях.
В настоящее время методы, основанные на преципитации, продолжают использоваться в экспериментальной и клинической иммунологии. Примером может служить метод радиальной диффузии, позволяющий оценивать концентрацию антигена по радиусу кольца преципитации. Кольцо формируется при диффузии антигена из лунки в агар, содержащий антитела. На иммунопреципитации основаны многие современные
методы иммунохимического анализа, например осаждение моноклональными антителами клеточных лизатов с последующим электрофоретическим анализом преципитированного материала. Преципитация лежит в основе широко распространенного в настоящее время метода иммуно- блоттинга («иммунопромокания»), при котором комплекс белков разделяют электрофоретически, переносят в целлюлозу и «проявляют», осаждая антителами. В обоих этих случаях удается определить молекулярную массу изучаемых молекул и другие их свойства.
Другой подход к регистрации реакции антиген — антитело основан на феномене агглютинации. Его сущность в том, что при взаимодействии частиц (в том числе клеток, например, эритроцитов), суспендированных в растворе, с антителами происходит перекрестное связывание, которое приводит к формированию агрегатов частиц. Стабильность суспензии частиц, поддерживаемая их взаимным электростатическим отталкиванием, нарушается, и формируется агглютинат, обнаруживаемый визуально. В реакции агглютинации используют как нативные клетки, так и клетки (или другие частицы), нагруженные антигенами (непрямые варианты метода).
Третий подход к выявлению второй фазы взаимодействия антиген — антитело основан на лизисе клеток, с поверхностью которых связались антитела, в присутствии комплемента. Для осуществления реакции лизиса требуется перекрестное сшивание антителами мембранных молекул. Этот подход лежит в основе реакций гемолиза и лимфоцитотоксичности.
Антигенами называют макромолекулы (чаще всего белки), способные вызывать иммунный ответ организма при условии их распознавания специфическими рецепторами лимфоцитов. Для индукции ответа В-  и Т-клеток требуются различные условия и свойства антигена. При индукции гуморального В — клеточного ответа обязательными свойствами антигена являются чужеродность (т.е. отсутствие аналогичных субстанций в реагирующем организме), специфичность (способность распознавать иммуноглобулиновые рецепторы В-клеток и взаимодействовать с антителами той же специфичности) и иммуногенность (способность вызывать иммунный ответ вне зависимости от его специфичности). Степень пространственного соответствия детерминантных групп антигена (эпитопов) и активного центра антител обусловливает силу их взаимодействия, мерой которой является аффинность (сродство). Реакция антигенов и антител приводит к формированию иммунных комплексов и сопровождается изменением физико-химических свойств компонентов реакции, что используют в иммунологических исследованиях.



 
« Основы иммунологии   Основы патологической физиологии »