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

Молекулярные основы межклеточных взаимодействий - 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

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ МЕЖКЛЕТОЧНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В ИММУННОЙ СИСТЕМЕ
В предыдущих разделах этой главы рассмотрены антигены и молекулы, специфически их распознающие, — иммуноглобулины/антитела и Т-клеточные рецепторы. Однако, чтобы это распознавание было действенным и привело к развитию иммунного ответа, необходимы некоторые «вспомогательные» события, как правило, сводящиеся к обмену сигналами между клетками иммунной системы. Эти межклеточные взаимодействия основаны на взаимном специфическом распознавании макромолекул, которое принципиально отличается от распознавания типа антиген — антитело отсутствием клоноспецифичности, но обусловлено связыванием пар молекул, обладающих сродством друг к другу. Взаимодействия этих молекул способствуют передаче основного иммунологически значимого сигнала, вызванного действием антигена на клетки, и служит источником вспомогательных стимулов. Это в конечном итоге приводит к активации клеток, реагирующих на антиген. Усиление сигнала, поступающего через TCR, было рассмотрено в главе 2 на примере действия вспомогательных молекул CD4 и 8. В этой главе далее речь пойдет о взаимодействиях, прямо не связанных с распознаванием антигена, а лишь сопутствующих ему. Сигнал, генерируемый при этих взаимодействиях, самостоятелен, хотя и взаимодействует с сигналом, поступающим от TCR или BCR, усиливая его.
Подобные вспомогательные молекулярные взаимодействия осуществляются двумя путями: с помощью прямых контактов клеточных поверхностей и через гуморальные медиаторы (цитокины), выделяемые одними клетками и воспринимаемые другими с помощью специфических рецепторов.

Контактные взаимодействия клеток иммунной системы

Межклеточные контактные взаимодействия при иммунном ответе можно объединить в три группы:

  1. взаимодействия, связанные с презентацией антигена. В них участвуют вспомогательные клетки (дендритные, макрофаги, В-лимфоциты) и Т-хелперы;
  2. кооперация лимфоцитов, т.е. взаимодействие Т-хелперов с В-лим- фоцитами и предшественниками Т-киллеров;
  3. взаимодействие киллеров с клетками-мишенями в процессе их распознавания и разрушения.

Во всех случаях основой для контакта клеток служит распознавание антигенного эпитопа рецепторами лимфоцитов. В случае взаимодействия АПК и Т-хелперов — это распознавание комплекса молекула МНС II класса — пептид Т-клеточным рецептором (TCR — CD3) в кооперации с молекулой CD4. При взаимодействии Т-хелперов с В-клеткой указанный тип распознавания также имеет место, поскольку В-лимфоцит является АПК. В этом случае такое распознавание обозначают как когнатное (т.е. распознавательное) взаимодействие. Однако специфичность ответа В-лимфоцитов обусловлена связыванием свободного антигена с иммуноглобулиновым компонентом BCR.
Связывание эпитопа с рецептором обеспечивает адгезию клеток, недостаточно сильную, чтобы генерировать эффективный сигнал, необходимый для активации лимфоцитов. Усиление адгезии и формирования полного сигнала, подаваемого в клетку, достигается с помощью взаимодействия ряда вспомогательных адгезивных молекул. На рис. 61 и 62 показаны взаимодействия мембранных молекул поверхности АПК и других клеток с Т-хелперами, некоторые характеристики которых представлены в табл. 47. В-лимфоциты выступают в роли одновременно доноров и акцепторов активационных сигналов, т.е. как АПК и как предшественники антителообразующих клеток. Двунаправленность сигналов вообще характерна для межклеточных взаимодействий. При этом всегда достигается двойная цепь активации обеих взаимодействующих клеток; при этом могут включаться самостоятельные цепи событий, направленные на осуществление иммунной защиты.
Взаимодействие CD28/CT1A4 и В7.1/В7.2. Альтернативная активация Т-лимфоцитов. Основную роль в осуществлении костимуляции отводят взаимодействию корецептора CD28 Т-клетки с молекулами CD80 (В7-1) и CD86 (В7-2) антигенпрезентирующих клеток (АПК).

типы межклеточных взаимодействий в иммунной системе
Рис. 61. Основные типы межклеточных взаимодействий в иммунной системе.
I — взаимодействие АПК и Т-хелперов при презентации антигена; II — взаимодействие Т-хелперов и В-лимфоцитов при индукции образования антител (Т—В- кооперация); III — взаимодействие цитотоксических Т-лимфоцитов и клеток- мишеней при осуществлении иммунного цитолиза. Приведены лишь основные типы межмолекулярных взаимодействий, отражающие специфическое распознавание, костимулируюшую или апоптогенную сигнализацию и адгезивные взаимодействия, стабилизирующие контакты. Стрелками обозначены основные направления сигнализации.

Молекула CD28 присутствует на поверхности всех покоящихся СD4+-клеток и 70 % CD8+-клеток. После активации на Т-клетках появляется другая молекула со сходной структурой — CTLA-4 (CD152). Блокада взаимодействия CD28 и CD80/CD86 в результате отключения гена CD28, введения растворимой формы CTLA-4 или использования в качестве партнера АПК, лишенных антигенов В7, не только ослабляет активацию Т-клеток, но и обусловливает их анергию, т.е. отсутствие ответа на последующую стимуляцию. Однако при этом некоторые формы иммунного ответа могут частично сохраняться, что допускает возможность дополнительных путей костимуляции.
CD28 — трансмембранный гликопротеин — гомодимер с молекулярной массой 44 000, субъединицы которого соединены дисульфидной связью и образуют один внеклеточный домен, гомологичный V-домену иммуноглобулина, и спейсерный участок (структура, свойственная также CD8).

Рис. 62. Взаимодействия взаимно комплементарных молекул поверхности АПК и Т-лимфоцитов.
Заштрихованы рецепторный комплекс TCR—CD3, корецепторы CD4 и CD8, а также распознаваемый им комплекс МНС—антигенный пептид (АП); черный цвет — костимулирующие и адгезивные молекулы, светло-серый — внутриклеточные ферменты, связанные с мембранными молекулами (тирозинкиназы, ТК) Или являющиеся их частью (тирозинфосфатаза, ТФ). Условно на схеме совмещены признаки двух различных субпопуляций Т-клеток — CD4 и CD8 и в составе одной молекулы МНС — цепи I и II классов.

Молекулы CD80 и CD86 также сходны между собой. Они относятся к суперсемейству иммуноглобулинов, по своей структуре похожи на молекулу CD2, имеют N-концевой V-подобный и прилежащий к мембране С-подобный внеклеточные домены. Эти молекулы экспрессируются на активированных АПК (дендритных клетках, макрофагах, В-лимфоцитах), a CD86, кроме того, на покоящихся моноцитах.
Во взаимодействие вовлекаются V-домены реагирующих пар молекул. CD86 обладает несколько более высоким сродством к CTLA-4, чем CD80. Формирующаяся связь является очень кратковременной (время полужизни около 10 с). В результате взаимодействия CD28 с CD80/CD86 устанавливается связь между аминокислотной последовательностью внутриклеточного участка CD28 YMNM (указана последовательность аминокислот в однобуквенном коде), который предварительно фосфорилируется, и липидной PI 3-киназой, через которую запускается каскад реакций, завершающийся активацией генов цитокинов. Особенно чувствительны к костимуляции через CD28 Т-клетки хелперной (СD4+) субпопуляции. Активация через CD28 в большей степени способствует дифференцировке этих клеток в Тh2-хелперы гуморального ответа, хотя преимущественное включение набора цитокинов, свойственных Тh1 или Th2, зависит от некоторых деталей взаимодействия. Несмотря на структурное сходство молекул CD28 и CTLA-4, взаимодействие последней с молекулами CD80/CD86 порождает не костимулирующие, а ингибирующие сигналы в Т-клетках.

Таблица 47. Вспомогательные молекулы, связанные с активацией лимфоцитов

Примечание. Т — Т-клетки, Тх — Т-хелперы, Тк — Т-киллеры, В — В-лимфоциты, М — моноциты/макрофаги, Г — гранулоциты, Э — эритроциты, NK — естественные киллеры, ДК — дендритные клетки, с — субпопуляция, gp — гликопротеин; семейства: Ig — иммуноглобулинов, Sc — мусорщиков (от англ. scavenger), NGF-R — рецептора фактора роста нервов, TNF — фактора некроза опухоли, а — активированные клетки.

Стимуляция «наивных» Т-клеток может быть осуществлена in vitro при совместном действии моноклональных антител к CD3 и CD28, что служит моделью костимулирующей функции CD28. Однако и одни антитела к CD28 способны активировать Т-клетки, не затрагивая рецепторного комплекса TCR — CD3. Такой путь активации называют альтернативным (в «противовес» классической активации через TCR — CD3). Впервые он был описан при активации Т-клеток через молекулу CD2. Для реализации этого варианта активации требуются моноклональные антитела к двум разным эпитопам молекулы CD2. Антитела к одному эпитопу требуются для того, чтобы вызвать перестройку мембранных белков, приводящую к экспрессии другого эпитопа, антитела к которому и вызывают активацию Т-клетки по альтернативному пути. Но в отличие от активации через CD28 в СD2-зависимый ответ вовлекается комплекс TCR — CD3.
По-видимому, СD2-зависимая активация лимфоцитов имеет отношение не к иммунным процессам, а к так называемой спонтанной, или фоновой, активации лимфоцитов. Последняя происходит, возможно, при взаимодействиях с клетками других типов, например в процессе их миграции через эндотелий сосудов, при контакте с клетками стромы и т.д. Этому способствует, в частности, экспрессия лиганда СD2-молекулы LFA-3 (CD58) практически на всех типах клеток организма. Вероятно, Эта форма активации имеет отношение к самоподдержанию популяции Т-лимфоцитов на периферии, роль которой существенно увеличивается с возрастом. Пока трудно оценить значимость этого явления для функционирования иммунной системы и развития ее патологии.
Взаимодействие CD40 — CD40L (CD154). Вскоре после открытия Межклеточной кооперации при развитии гуморального иммунного ответа стало ясно, что хелперная функция Т-лимфоцитов реализуется двояко — через выделение гуморальных факторов (ими оказались открытые позже Цитокины) и через прямые контактные взаимодействия между Т- и В- клетками. Этот тип взаимодействия был расшифрован совсем недавно. В данном случае происходят взаимодействия, в принципе сходные с рассмотренными выше, но имеющие ряд своеобразных черт. Как и при взаимодействии АПК с Т-хелперами, при Т—В-кооперации имеется двусторонняя направленность сигналов, однако преобладающее направление их в этом случае — от Т- к В-клетке, поскольку при этом именно В-лимфоцит вовлекается в иммунную реакцию, а Т-хелпер способствует этому. В осуществлении такого типа кооперации основная роль принадлежит взаимодействию двух пар молекул: CD40 В-клеток и CD40L (CD154) Т-клеток, а также уже рассмотренной пары CD80/CD86 (В7-1 и В7-2) В-клеток и CD28 Т-клеток.
Молекула CD40 представляет собой фосфопротеин с молекулярной массой 48 000. Она экспрессируется не только на В-лимфоцитах, но и на клетках эндотелия, макрофагах, дендритных (в основном на фолликулярных) клетках, а также на некоторых других вспомогательных клетках иммунной системы, особенно активированных. Ее лиганд CD 154 экспрессируется на активированных Т-клетках, тучных клетках и базофилах.
По своей структуре молекула CD40 гомологична рецепторам для фактора некроза опухолей (ФНО), CD30, Fas-рецептору (рецептору сигналов к индукции апоптоза) и ряду других представителей семейства рецепторов фактора роста нервов. Молекула CD40 особенно похожа на рецептор ФНО I типа (р55). Она имеет 4 внеклеточных домена и короткий шарнирный участок, но в отличие от рецептора ФНО I типа в цитоплазматическом участке CD40 отсутствует «домен гибели», определяющий передачу сигнала к апоптозу (см. раздел 3.4.2). CD40L, или CD154 (мол. масса 33 000), также входит в семейство родственных молекул, служащих лигандами молекулам предыдущей группы. В это семейство входят ФНОα, лимфотоксины, фактор роста нервов, Fas-лиганд (индуктор апоптоза) и т.д. Все они имеют один внеклеточный домен, представляющий собой клубок переплетенных β-структур.
Сигнал, передаваемый в В-лимфоцит через молекулу CD40, обусловливает основные события Т— В - взаимодействия. Ранняя реакция на взаимодействие CD40—CD40L заключается в тримеризации CD40, которая осуществляется с участием, цитоплазматического белка CRAF-1 (от англ. CD40 receptor associated factor). Этот белок перекрестно сшивает цитоплазматические участки CD40 (аналогично он действует в отношении рецепторов ФНО и Fas). Благодаря наличию в его составе «цинковых пальцев» он может вступать во взаимодействие с ДНК, а благодаря наличию участка, богатого остатками изолейцина (изолейциновая застежка- молния) — с другими белками. Таким образом, этот белок опосредует передачу сигнала в ядро. Такой сигнал в конечном итоге обеспечивает включение в В-лимфоцитах ряда событий первостепенной важности: переключение классов иммуноглобулинов, индукцию пролиферации и дифференцировки при гуморальном иммунном ответе. Этот сигнал важен также для развития В-клеток памяти, формирования зародышевых центров, защиты В-лимфоцитов от апоптоза. Аналогичный сигнал, генерируемый в макрофагах, эндотелиальных клетках и фибробластах, включает активационные события, важные для осуществления воспалительной реакции.
Последствия отключения взаимодействия CD40—CD40L, как обычно, изучаются на мышах с инактивированными генами CD40 и CD40L. Однако в данном случае имеется и «человеческая модель» — вариант иммунодефицита, называемый гипep-IgM-синдромом. При этом заболевании отсутствует или резко снижено образование иммуноглобулинов любых классов, кроме IgM, которые определяются в сыворотке в повышенной концентрации, отсутствуют зародышевые центры, не формируются В-клетки памяти. Вследствие этого гуморальный ответ оказывается сниженным. Кроме того, у таких больных ослаблены все проявления воспалительной реакции и клеточный иммунный ответ. В результате защита от внутриклеточных инфекционных агентов страдает даже в большей степени, чем защита от внеклеточных бактерий (см. раздел 5.1.1).
Вовлекаемые во Т—В-взаимодействие пары молекул CD28 и CD80/CD86 «порождают» сигнал (который рассмотрен выше), направленный в сторону Т-клеток, что служит условием эффективной активации этих клеток с интенсивной выработкой интерлейкинов. Затем уже через эти гуморальные факторы сигнал возвращается к В-лимфоцитам.



 
« Основы иммунологии   Основы патологической физиологии »