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

Процессинг и презентация антигенов Т-клеткам - 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

Комплексирование антигенных пептидов с молекулами МНС I класса

Следствием вышесказанного является известный факт, что СD8+-лимфоциты-киллеры распознают антигенные пептиды, связанные с молекулами МНС I класса. Поскольку они присутствуют практически на всех клетках организма, любая клетка, несущая молекулы МНС I класса с антигенным пептидом, в принципе может активировать клон СD8+-Т-киллеров. Известно, что «назначением» Т-киллеров является удаление мутантных, трансформированных, инфицированных вирусом клеток, т.е. клеток, экспрессирующих чужеродные или измененные антигены. Молекулы МНС I класса не различают аутологичные и чужеродные пептиды. Из этого следует, что в клетках могут формироваться комплексы молекул МНС I класса с фрагментами любых эндогенных белков и только в случае появления среди них чужеродного или измененного белка это приведет к активации киллеров. Как выяснилось, так оно и есть на самом деле. После того как был разработан метод кислой элюции пептидов из щели молекул МНС, было установлено, что из 10 000 различных пептидов, экстрагированных из молекул МНС I класса двух разных типов клеток, 90 % пептидов были для них общими. Причем особенно много пептидов происходило из сигнальных участков белков и из самих молекул МНС. Очевидно, на долю чужеродных пептидов приходится исчезающе малая доля пептидных фрагментов, встраиваемых в молекулы I класса. Но именно на распознавании этих пептидов основывается работа клеточного звена иммунной защиты. Зачем на поверхность клеток выносятся аутологичные пептиды, встроенные в молекулы МНС I класса, неизвестно.

Процессинг и презентация экзогенных антигенов в составе молекулы МНС
Рис. 58. Процессинг и презентация экзогенных антигенов в составе молекулы МНС II класса.
Молекулы антигена поступают из внеклеточной среды в клетку в результате эндоцитоза. Перемещаясь в глубь клетки в составе ранней и поздней эндосом, они постепенно деградируют. Затем они сливаются с везикулой, содержащей «пустые» молекулы МНС II класса, которые до связывания с антигенным пептидом стабилизированы И-цепью. Расщепляемая li-цепь замещается пептидным фрагментом антигена. Сформированный таким образом комплекс доставляется на поверхность клетки, где распознается рецепторами СD4-Т-клеток.

Комплексированию эндогенных пептидов с молекулами МНС I класса способствуют особенности биосинтеза этих молекул (рис. 57). Для них характерна необычайно высокая скорость синтеза (мембранные молекулы после их удаления с помощью протеолиза замещаются за 6 ч). Кроме того, α-цепи молекул МНС многократно используются: мембранные молекулы подвергаются эндоцитозу, от них отщепляется β-цепь, тогда как α-цепь остается встроенной в мембрану и к ней в эндоплазматическом ретикулуме подсоединяются β-цепь и новый пептид. Известно, что в отсутствие антигенного пептида, представляющего собой как бы третью цепь молекул МНС, молекулы нестабильны. Поэтому до подсоединения β-цепи и пептида молекула стабилизируется шапероном («сопроводителем»). Функцию шаперона молекул МНС I класса выполняет калнексин. Транспорт эндогенных пептидов из гиалоплазмы, где они образуются в результате протеолиза эндогенных белков, в полость эндоплазматического ретикулума осуществляется с помощью протеасом, построенных из продуктов генов МНС II класса LMP2 и 7, и транспортной системы, образуемой продуктами генов ТАР1 и 2, соседствующих на хромосоме с генами LMP. TAP-зависимый транспорт осуществляется при участии АТФ.
Пептид, перенесенный в просвет эндоплазматического ретикулума, встраивается в щель Бьоркмана, образуемую α-цепью МНС I класса.
Сродство пептида к щели обычно невысоко: константа связывания составляет примерно 10-5 М. Вскоре после пептида к комплексу подсоединяется β2-микроглобулин. После этого шаперон (калнексин) отделяется от молекулы. Пока не установлено, в какой степени молекулы транспортных систем ограничивают поступление пептидов в эндоплазматический ретикулум и насколько велика специфичность молекул МНС в отношении различных вариантов пептидов.
Из эндоплазматического ретикулума молекула попадает в комплекс Гольджи, а затем в образующиеся из него «конститутивные секреторные везикулы». При их опорожнении (экзоцитозе) мембрана везикулы вместе с молекулами HLA, содержащими пептиды, оказывается частью наружной клеточной мембраны. Таким образом, формирование комплекса антигенного пептида с молекулой МНС I класса является частью непрерывно протекающего процесса связывания пептидных фрагментов эндогенных белков с молекулами МНС I класса, биологический смысл которого неясен.

Комплексирование антигенных пептидов с молекулами МНС II класса

Роль антигенпредставляющих клеток в активации Т-хелперов. Ситуация при подготовке антигена для представления CD4+-T-хелперам существенно иная, хотя при этом достигаются сходные конечные результаты. Из данных о сродстве молекул МНС разных классов к различным вспомогательным молекулам следует, что антигенный пептид должен презентироваться СD4+-клеткам в комплексе с продуктами генов МНС II класса, что и имеет место на самом деле. Но эти продукты экспрессируются лишь немногими типами клеток, которые выполняют функции вспомогательных, антигенпредставляющих клеток (АПК). Это дендритные клетки, В-лимфоциты, активированные макрофаги и только в особых случаях — некоторые другие разновидности клеток, например эндотелиальные или эпидермальные.
Еще в 60-е годы было показано, что после удаления прилипающих клеток из суспензии спленоцитов оставшиеся клетки (в основном лимфоциты) утрачивают способность к антителообразованию in vitro. Зависимость от радиорезистентных прилипающих клеток была показана также для Т-клеточного ответа в смешанной культуре лимфоцитов. Наиболее детально вспомогательная активность изучена на макрофагах. Было установлено, что ее основой являются обработка и представление Т-хелперам антигена (точнее, антигенных пептидов). Антигенпредставляющая активность обнаружена также у клеток В-лимфом, активированных В-лимфоцитов, а также у дендритных клеток. Установлено, что у последних она в 100 раз выше, чем у макрофагов.
Другое направление исследований феномена презентации антигена Т-клеткам связано с изучением генетической рестрикции (т.е. ограничения) иммунного ответа. Суть феномена рестрикции состоит в том, что клетка, представляющая антиген, и реагирующие Т-лимфоциты должны быть сингенны. Этот факт привел к пониманию природы Т-клеточного распознавания как распознавания не чужого, а измененного «своего», т.е. собственных продуктов МНС, модифицированных антигенным пептидом (R.M.Zinkemagel, P.C.Dogherty). В соответствии с этой концепцией Т-клетка распознает искажения структуры МНС, а не антиген, который вызывает эти изменения. В настоящее время признана точка зрения, согласно которой распознаются и антигенный пептид, и изменения структуры МНС. Это, в частности, выражается в том, что TCR, формирующийся в процессе перестройки генов рецептора, специфичен не к изолированному пептиду, а к пептиду, представляемому конкретной молекулой МНС. Пока не вполне ясно, способны ли Т-клетки распознавать аллогенные продукты генов МНС как таковые или эти продукты также должны быть расщеплены и презентированы в составе собственных молекул МНС И класса, т.е. отличаются ли каким-либо своеобразием реакции на аллоантигены при формировании трансплантационного иммунитета или он реализуется по общему правилу. В настоящее время более вероятным представляется последний вариант, хотя он и противоречит первоначальным представлениям.
Феноменологически описанные процессы выглядят следующим образом. После поступления в среду антигенных субстанций они поглощаются (по механизму эндоцитоза) АПК. Начальная фаза этого процесса — адсорбция белков на поверхности клеток — может осуществляться при низкой температуре и не требует затрат энергии. Сорбцию связывают с присутствующим на поверхности АПК маннозосодержащим белком. В течение часа антиген уже в значительной степени перерабатывается внутри клетки, и его фрагмент экспрессируется на поверхности в составе молекулы МНС II класса. Хотя для полного завершения этого процесса требуется несколько часов (до 10—20), уже через 60 мин после контакта макрофага с антигеном фиксация макрофагов не предотвращает презентации антигенного пептида Т-лимфоциту (тогда как фиксация через 5 мин полностью ее отменяет). Первоначально основная роль в обработке антигена отводилась фагоцитозу. Позже было установлено, что формирование пептидов, образующих комплекс с молекулами класса II, не связано с пребыванием их в фаголизосомах, в которых происходит расщепление белков до более мелких фрагментов. О том, что это так, свидетельствует высокая презентирующая способность дендритных клеток и В-лимфоцитов, которые не способны к фагоцитозу.
Встраивание пептидов в молекулы. В настоящее время процесс формирования тримерного комплекса МНС II класса представляется следующим образом (рис. 58). В эндоплазматическом ретикулуме синтезируются а- и β-цепи молекул II класса, которые встраиваются в мембрану, и образующийся αβ-димер стабилизируется с помощью не только шаперона калнексина, но и цепи Ii (инвариантной) с молекулярной массой 31 000—41 000. Взаимодействие Ii-цепь с «пустой» молекулой II класса осуществляется с участием антигенсвязывающей щели, сродством к которой обладает фрагмент Ii-цепи, обозначаемый CLIP (от англ. Class II associated invariant chain peptide). Этот участок, содержащий 25 аминокислотных остатков, служит как бы универсальным суррогатом пептидов, которые встраиваются в молекулы МНС II класса. Как и другие мембранные белки, образующийся комплекс выносится на поверхность клетки, но затем может возвратиться в цитоплазму в результате эндоцитоза
теперь уже в составе мембран ранних эндосом. При этом в просвете эндосом могут оказаться внеклеточные белки. Возможен и другой вариант: везикулы, которые содержат «пустые» (т.е. не содержащие антигенного пептида) молекулы МНС (HLA), сливаются с «ранними» эндосомами, содержащими экзогенные белки. При условии сродства определенных пептидных участков этих белков к антигенсвязывающей щели молекулы МНС происходит встраивание этого участка в щель с одновременным отделением Ii-цепи от образовавшегося комплекса. Важную роль в этом процессе играют цепи DM, детерминируемые генами МНС II класса и обладающие сродством к СLIР. В отсутствие DM формируются молекулы II класса, большая часть которых оказывается заполненной молекулами CLIP. В условиях закисления внутренней среды эндосом активируются протеиназы, которые «отстригают» участки белков, не уместившиеся в щель. В составе мембран этих гранул сформировавшиеся тримерные комплексы молекул II класса и экзогенных пептидов выносятся на поверхность клеток.
Распознавание Т- хелперами суперантигена
Рис. 59. Распознавание Т- хелперами суперантигена. Тх — Т-хелпер; АПК — антиген-представляющая клетка; САГ — суперантиген.

С точки зрения иммунологии, значимость взаимодействия молекул II класса с пептидами состоит в формировании их комплексов с фрагментами экзогенных внеклеточных белков. Однако среди пептидов, элюируемых из молекул II класса, на долю экзогенных (не обязательно чужеродных) пептидов обычно приходится менее 10 %, а преобладающими являются пептидные фрагменты различных продуктов генов МНС. Но даже если в окружении АПК окажется чужеродный антиген, его пептидные фрагменты обычно содержатся в составе не более 100 из примерно 100 000 мембранных молекул МНС II класса. Для усиления эффекта распознавания выработался механизм многократного взаимодействия с одной и той же молекулой МНС разных молекул TCR Т-хелпера. Однако сродство TCR к комплексам МНС — пептид очень невелико: константа ассоциации не превышает 10-7. Правда, это взаимодействие довольно продолжительно (сосоставляет около 30 с). Столь слабое взаимодействие едва ли может генерировать биологически значимый сигнал.


Рис. 60. Распределение эпитопов, распознаваемых В- и Т-клетками вдоль полипептидных цепей белков оболочки ВИЧ-1 gpl20 и gp41.
С — сигнальная последовательность белка gpl60, из которого формируются белки gpl20 и gp41. Функционально важные участки gp 120: 1 — последовательность 105—117, ответственная за взаимодействие с белком gp41; 2 — 254—274 — участок, необходимый для проникновения ВИЧ-1 в клетку; 3 — 303—337 — петля V3, содержащая доминантный эпитоп и закрепленная дисульфидной связью; 4 — 420—463 — участок, ответственный за связывание с CD4. Функционально важные участки gp41; 5 — 518—527 — домен слияния мембраны вируса с мембраной клетки-мишени; 6 — 579—601 — участок, ответственный за взаимодействие с gpl20, источник супрессорных влияний на Т-клетку; ТМ — трансмембранный участок; ВН — внутривирусный участок молекулы gp41 (с. 229).

В связи с этим выработался механизм усиления указанного сигнала, связанный с участием в нем вспомогательной молекулы CD4 (сказанное относится и к распознаванию пептидов в составе молекул МНС I класса). CD4 обладает сродством к молекулам МНС II класса и взаимодействует с их доменом β2· Это способствует стабилизации связывания и служит источником сигнализации в Т-клетку (через тирозинкиназу р561ск, связанную с CD4). В период взаимодействия лимфоцита с АПК CD4 становится частью рецепторного комплекса и перемещается на мембране вместе с ним. Благодаря участию вспомогательных молекул интенсивность сигнала, воспринимаемого TCR, повышается примерно в 100 раз.
Распознавание комплекса антиген — молекулы МНС II класса Т- клеточным рецептором и вспомогательными молекулами служит фактором отбора клеток для последующей активации. Достаточно прочное связывание взаимодействующих клеток и эффективная сигнализация становятся возможными благодаря установлению многочисленных дополнительных контактов между адгезивными молекулами, не только делающих контакт прочнее, но и служащих источником дополнительной сигнализации, которая необходима для активации лимфоцитов (см. раздел 3.4.1). При таком взаимодействии активационный сигнал поступает как в Т-лимфоцит, так и в АПК, поскольку при этом активируются киназы АПК, связанные с молекулой МНС II класса. Эти ферменты катализируют фосфорилирование цитоплазматических участков АПК.
Суперантигены. Особая разновидность взаимодействия чужеродной субстанции с АПК и Т-лимфоцитами была описана при изучении суперантигенов. К этой группе относится ряд микробных токсинов и других компонентов бактерий и вирусов, некоторые эндогенное субстанции (например, продукты генов Mls и Mtv, имеющих вирусное происхождение) и др. Суперантигены также презентируются Т-клеткам макрофагами и другими клетками, несущими молекулы МНС II класса. Однако эти белки не подвергаются процессингу в форме частичного расщепления и действуют как целая молекула. Они связываются с молекулами МНС II, но не I класса, причем не со щелью Бьоркмана, а с «боковой» стороной этой молекулы (рис. 59).

Точно так же на поверхности Т-клетки они распознают не антигенспецифический участок вариабельных доменов TCR, а так называемый 4-й гипервариабельный участок позиции 65—85 V-до- мена β-цепи, содержащий маркерные последовательности Vβ-субсе- мейств. Например, стафилококковый экзотоксин SEB связывается с α1-доменом молекулы МНС II класса презентирующей клетки и с β1-доменом молекул TCR, которые относятся к семействам νβ7 и νβ8. Поэтому реакция Т-лимфоцитов на суперантигены не клоноспецифична, как реакция на обычные антигены, а в нее вовлекаются многочисленные клоны определенных νβ-субсемейств Т-хелперов. Поскольку количество активируемых клеток может достигать 20—30 % от общей численности Т- лимфоцитов, происходит гиперпродукция цитокинов и проявляются другие признаки активации Т-лимфоцитов, а затем их апоптоз. Это вносит свой вклад в формирование неспецифических синдромов инфекционных заболеваний и других патологических процессов.
В настоящее время сведения о распознавании антигенов Т-клетками ограничиваются данными, полученными для пептидных антигенов. Лишь в последнее время появились свидетельства того, что Т-клетки могут распознавать небелковые антигены. В частности они распознают липиды микробного происхождения, которые презентируются на молекулах CD1.



 
« Основы иммунологии   Основы патологической физиологии »