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

Дифференцировка лимфоцитов - 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

После нескольких циклов пролиферации лимфоцитов обычно происходит их дифференцировка. Существует представление, что дифференцировка (по крайней мере в случае лимфоцитов, реагирующих на антигены) осуществляется как этап реализации генетической программы клетки и не нуждается в действии специальных факторов, а лишь провоцируется процессами активации и деления клеток. В результате после периода делений в фазу покоя переходит уже качественно иная клетка.
В целом дифференцировка рассматривается как процесс, альтернативный пролиферации. В его основе лежит стабильная и избирательная активация групп генов (в отличие от временной их экспрессии при активации). При этом, как правило, происходят сужение спектра работающих генов и его ограничение генами «домашнего хозяйства» и генами, детерминирующими выполнение специализированных функций, свойственных клеткам этого типа (например, секреции иммуноглобулинов плазматическими клетками). Детали этого процесса и его метаболические основы изучены недостаточно.
Из известных путей передачи сигналов к процессу дифференцировки имеет отношение цАМФ-зависимый путь. Рецепторы для ряда внешних агентов (например, адренергических) связаны с белком G, но после связывания рецепторов этот белок утрачивает сродство к ним и вступает во взаимосвязь с аденилатциклазой, активируя ее. Аденилат- !циклаза катализирует образование из АТФ циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), который активирует цАМФ-зависимую протеинкиназу. Последняя находится в антагонистических функциональных отношениях с протеинкиназой С, что в значительной степени объясняет альтернативный характер процессов пролиферации и дифференцировки клеток. цАМФ-зависимая протеинкиназа фосфорилирует ряд белков, как мембранных (что проявляется в изменении макромолекулярной структуры клеточной мембраны), так и ядерных. Среди последних — транскрипционные факторы, которые осуществляют реорганизацию активности генов. Следует, однако, подчеркнуть, что цАМФ-зависимый путь приводит скорее к временным и обратимым изменениям фенотипа, функциональной активности клеток (т.е. к их модификации), чем к истинной дифференцировке.
В отличие от дифференцировки лимфоцитов при их созревании, результатом которой является формирование клеток, готовых к распознаванию антигена и ответу на него, в результате дифференцировки при иммунном ответе формируются эффекторные клетки и клетки памяти. Можно привести по крайней мере 3 примера дифференцировки эффекторных клеток:

  1. превращение В-лимфоцитов в плазматические антителообразующие клетки;
  2. образование из С08+-Т-клеток цитотоксических Т-лимфоцитов (Т-киллеров);
  3. дифференцировка С04+-Т-клеток в хелперы типов Тh1 и Th2 (современная иммунология не располагает свидетельствами о дифференцировке Т-супрессоров).

Дифференцировка антителопродуцентов и В-клеток памяти

Дифференцировка В-лимфоцитов в антителопродуценты может быть смоделирована совместным действием липополисахарида и ИЛ-4. Однако реально не менее важным костимулирующим фактором, чем действие ИЛ-4, является прямой контакт с Т-хелпером, в основе которого лежит взаимодействие CD40—CD40L (см. раздел 3.4.1). Именно через CD40 в В-клетку поступают основные сигналы к переключению изотипов и переходу на выработку секреторного иммуноглобулина, а также к повышению устойчивости к апоптозу. Цитокины, особенно ИЛ-4, выполняют более частную и тонкую «работу» на этапе переключения изотипов и при осуществлении ряда других событий дифференцировки.
Формирование антителопродуцентов — плазматических клеток из В- лимфоцитов происходит в зародышевых центрах, частично наслаиваясь на процесс интенсивной пролиферации (см. раздел 4.1.2). Можно вычленить 4 основные составляющие этого процесса. Две из них затрагивают иммуноглобулиновый компонент рецептора: переключение изотипа мембранного иммуноглобулина и повышение сродства рецептора к антигену вследствие мутационного процесса в V-генах. Суммарно эти события обозначают как созревание гуморального иммунного ответа. Третий процесс состоит в переходе синтеза иммуноглобулинов с мембранного на секреторный тип с сопутствующими морфологическими изменениями. Наконец, дифференцировка В-клеток в плазмоциты сопровождается изменением взаимоотношений клетки с окружением, основой которого служат изменение набора мембранных молекул (утрата большинства рецепторов) и «сосредоточение» клетки на выполнении ее специфической функции — секреции антител.
Известно, что при синтезе иммуноглобулинов проявляется феномен изотипического исключения, состоящий в том, что одна клетка может вырабатывать лишь один изотип иммуноглобулинов. Общеизвестное исключение касается одновременной экспрессии мембранных IgM и IgD зрелыми «наивными» В-лимфоцитами. В «наивных» В-клетках мРНК считывает информацию с Vн-гена и следующих за ним генов Сμ или Сμ и Сδ с последующим удалением интрона между V- и С-генами с помощью сплайсинга (вырезания фрагмента мРНК).
Цитокиновая регуляция переключения С-генов иммуноглобулинов
Рис. 75. Цитокиновая регуляция переключения С-генов иммуноглобулинов человека (вверху) и мышей (внизу).
ИФН — интерферон; ТФР — трансформирующий фактор роста.

Переключение классов (изотипов) Н-цепи иммуноглобулинов в процессе иммунного ответа происходит вследствие удаления части генетического материала путем формирования петли. Размер петли определяется расположением переключающей последовательности — S-участка, находящегося около 5'-конца того С-гена, который должен быть задействован при построении молекулы иммуноглобулина. Перед формированием петли происходят реорганизация хроматина в соответствующем участке, деметилирование ДНК, повышение ее чувствительности к ДНКазе. Осуществляется мультимеризация S-участка, что делает его мишенью для эндонуклеазы, которая осуществляет двунитевые разрывы в участках, фланкирующих петлю с обеих сторон. Концы разрывов ДНК затем воссоединяются. На первом этапе переключения в петлю попадают гены Сμ и Сδ (последний не имеет собственного S-участка), а затем — следующие за ними на хромосоме С-гены. Как отмечалось в главе 1, последовательность их расположения, а следовательно, и порядок переключения у мышей таков: Сμ, Сδ, Сγ3, Cγl, Сγ2β, Сγ2α, Сε, Сα, а у человека — Сμ, Сδ, Сγ3, Cγl, Cal, Сγ2, Сγ4, Cε, Ca2. Существенно, что в процессе переключения при синтезе иммуноглобулинов используется один и тот же Vн-ген, т.е. специфичность иммуноглобулинов разных классов, которые секретируются данной клеткой, сохраняется. Процесс переключения С-генов показан на рис. 74 (с. 294).
Имеются данные о возможности реализации альтернативного варианта переключения С-генов, не требующего удаления части генетического материала (свидетельством этому являются случаи обратимого переключения изотипов). Предполагают, что в этом случае формируется транскрипт одновременно с нескольких С-генов (например Сμ и Cγl, а затем «ненужные» продукты удаляются по механизму сплайсинга — выстригания участков мРНК). Подобный механизм переключения может срабатывать в В1-клетках.



Рис. 77. Переключение синтеза IgM с мембранного на секретируемый тип. Второй уровень (уровень РНК) отражает различные результаты сплайсинга продукта транскрипции экзонов С-гена IgM. В случае сохранения продуктов экзонов Ml и М2 образуется мембранная форма IgM, в случае их удаления — секреторная форма IgM.
Рис. 76. Вариабельность аминокислотных остатков в V- домене L-цепи иммуноглобулина человека и локализация гипервариабельных участков (регионов, определяющих комплементарность — CDR 1—3; выделены черным цветом).

Переключение происходит при участии цитокинов, выделяемых в основном Т-хелперами, поэтому оно, как правило, отсутствует при тимус независимом иммунном ответе. Уже отмечалось (см. раздел 3.4.2; рис. 75), что за переключение изотипов ответственны цитокины ИЛ-4 (IgGl и IgE), интерферон γ (IgG2a и, вероятно, IgG3) и трансформирующий фактор роста β (IgG2b и IgA). Реализации переключения могут способствовать на посттранскрипционном уровне другие цитокины (например, ИЛ-5 — формированию изотипа IgA). Механизм действия цитокинов при этом до конца не выяснен. Он заключается преимущественно в «активации» участка, прилежащего к соответствующей S-последовательности, в повышении его транскрипционной активности и чувствительности к действию ферментов.

Рис. 78. Цитокиновый контроль дивергенции Т-хелперов на Тh1 - и Тh2-типы.
Цитокиновый контроль дивергенции Т-хелперов
Сплошными стрелками отмечены превращения клеток, прерывистыми — влияние указанных цитокинов на соответствующие клетки, их дифференцировку и пролиферацию. Отсутствие знака — положительное влияние, знак «—» — отрицательное влияние. Мф — макрофаги; ТК — тучные клетки; NK — NK-клетки; ИФН — интерферон (с. 302).

Важнейшей составляющей процесса дифференцировки В-лимфоцитов в ходе иммунного ответа является повышение мутабельности их V- генов. Ее природа не выяснена, полагают, что она связана с механизмом репарации разрывов ДНК. В этот механизм вовлекаются в основном гипервариабельные последовательности, особенно CDR3 — область стыка V—DJ и непосредственно прилежащие к ней с обеих сторон участки (рис. 76). Этот процесс связан с переключением изотипов. Он осуществляется только в активированных и пролиферирующих клетках и прекращается в зрелых плазмоцитах. Гипермутабельность несвойственна В-клеткам при тимус независимом иммунном ответе; ей не подвергаются CD5+-B-клеки. Подсчитано, что частота мутаций V-генов повышается на 4 порядка и достигает 10-3 на пару оснований на деление. По данным изучения динамики соматического мутагенеза В-клеток при ответе на оксазолоновый гаптен, усиление соматического мутагенеза регистрируется через 8 сут после начала иммунного ответа (на 4-е сутки после возникновения зародышевых центров) и достигает максимума на 12-е сутки.
Не менее 50 % мутаций нарушают способность иммуноглобулина связывать антитела. Однако при столь высоком темпе мутирования неизбежно возникают мутации, увеличивающие сродство антител к эпитопу. Это явление вместе с последующими событиями отбора высокоаффинных вариантов составляет сущность процесса, обозначаемого как созревание аффинитета антител (см. раздел 3.1.3). По указанным причинам этот процесс неразрывно связан с переключением изотипов. Клетки, несущие рецепторы с повышенным сродством к антигену, подвергаются селекции в зародышевых центрах. В основе этого лежит контакт с антигеном, связанным с поверхностью фолликулярных дендритных клеток (см. раздел 4.1.2).

Таблица 61. Маркерные признаки покоящихся, активированных В-лимфоцитов, плазматических клеток и В-клеток памяти


Клетка

Морфология

Иммуноглобулины

Мембранные
маркеры

Пролиферация

Покоящаяся
В-клетка

Малый лимфоцит

Мембранные IgM и IgD

CD19,20,21,22,23, 24,40,43,44,45,72, 78,79,81, молекула МНС II класса

 

Активи
рованная
В-клетка

Лимфобласт

Мембранный IgM, переключение изотипов

То же, кроме того CD25,26,30,39,69, 70,71,83,126,130

+

Плазматическая
клетка

Клетка с большой базофильной цитоплазмой и развитым эндоплазматическим ретикулумом

Цитоплазматические секретируемые иммуноглобулины одного из классов

PC-1, CD126, 130 (gpl30 — общая цепь рецепторов для цитокинов)

 

В-клетка
памяти

Малый лимфоцит

Мембранные, обычно IgG

CD19,20,21,22,23, 40,45,72,81, молекула МНС II класса, bcl-2

 

Переход от синтеза мембранных иммуноглобулинов к секреции растворимых иммуноглобулинов-антител осуществляется с помощью механизма, родственного переключению изотипов (рис. 77). После кластера С-генов на хромосоме располагается два экзона М, кодирующие трансмембранный и цитоплазматический фрагменты мембранного иммуноглобулина. При синтезе мембранной формы молекулы эти участки транскрибируются вслед за действующим С-геном. В случае переключения синтеза с мембранной формы иммуноглобулина на секреторную около 3'-конца работающего С-гена появляется полиаденилатная последовательность, «запирающая» процесс транскрипции. В результате экзоны М не транскрибируются, т.е. образуется растворимая, секретируемая форма иммуноглобулина, лишенная гидрофобного конца. При этом как специфичность, определяемая V-доменом, так и свойства, зависящие от С-доменов, у антител, секретируемых плазматической клеткой, совпадают с таковыми у мембранного иммуноглобулина В-клетки-предшественницы.
Поскольку при этом существенно повышается интенсивность биосинтеза, это отражается на состоянии цитоплазмы, в которой появляется сильно развитый эндоплазматический ретикулум и происходят другие морфологические изменения, свойственные секреторным клеткам. Из малого лимфоцита, почти лишенного цитоплазмы, образуется крупная плазматическая клетка с обильной цитоплазмой.
Параллельно в зародышевых центрах происходит дифференцировка В-клеток памяти. Установлено, что их предшественники отличаются от предшественников антителопродуцентов первичного иммунного ответа некоторыми свойствами: экспрессией маркерного антигена JIID (предшественники В-клеток памяти экспрессируют его слабее), соотношением к- и λ-цепей (в предшественниках клеток памяти чаще экспрессируется κ-цепь), клонотипом, т.е. набором клонов, образующих популяцию (оценивается по спектру специфичности образуемых антител). Решающим моментом индукции клеток памяти является СD40-опосредованное взаимодействие В-клеток с Т-хелперами. В-клетки памяти экспрессируют CD45R0, в остальном их фенотип практически не отличается от фенотипа обычных В-клеток.

Таблица 62. Свойства CD4+-xe/tnepoe типов ТЫ и Ш


Показатель

Тh1

Th2

Типичные
индукторы

Микобактерии, стрептокиназа, вирус гриппа

Аллергены

Факторы,
благоприят
ствующие
индукции

Высокие и низкие дозы, высокая плотность на АПК (дендритных клетках), микроокружение лимфатических узлов, действие ИЛ-12 и ИФНγ

Промежуточные дозы, низкая плотность на АПК (В-клетках), микроокружение слизистых оболочек, действие ИЛ-4

Ключевые
цитокины

ИФНγ, ИЛ-2, ΦΗΟβ

ИЛ-4, 5, 6 и 10

Функции

ГЗТ, цитотоксический ответ, активация макрофагов, подавление гуморального ответа

Помощь В-клеткам при гуморальном ответе, активация эозинофилов и тучных клеток, подавление клеточного ответа

Защитная
роль

При внутриклеточных инфекциях

При внеклеточных инфекциях

Повреждающая роль

При аутоиммунных процессах, отторжении трансплантатов

При аллергии, некоторых аутоиммунных процессах

Такие клетки присутствуют как в рециркулирующем пуле, так и в органах. Рецепторы этих клеток обладают более высоким сродством к антигену вследствие интенсивного соматического мутагенеза и селекции высокоаффинных клонов. В-клетки памяти легче активируются, условием этого является контакт с Т — клеткой при представлении ей антигена и действии Т-клеточных цитокинов. Некоторые признаки, свойственные активированным В — лимфоцитам, плазматическим клеткам и клеткам памяти, приведены в табл. 61.



 
« Основы иммунологии   Основы патологической физиологии »