Гуморальные и клеточные иммунные реакции

   Структура иммуноглобулинов: большинство молекул иммуноглобулинов составлены из двух тяжелых (H) цепей и двух легких (L) цепей, соединенных дисульфидными связями. Легкие цепи состоят или из двух k цепей, или из двух l цепей. Тяжелые цепи могут быть одного из пяти классов (IgA, IgG, IgM, IgD, и IgE) . Существует несколько подклассов тяжелых цепей (изотипы). Эти различные цепи иммуноглобулинов являются антигенами для животных и имеют отличающиеся антигенные детерминанты, поэтому, при введении их животным, антитела, производимые против них, могут использоваться для распознавания и определения различных типов легких цепей и классов тяжелых цепей у человека.

   Каждая  цепь имеет постоянный и вариабельный участок. Постоянный участок остается постоянным в последовательности аминокислот и антигенности в пределах данного класса иммуноглобулинов; вариабельный участок, напротив, характеризуется большой непостоянностью последовательности аминокислот. Именно в вариабельной части цепи происходит реакция соединения с антигеном. Каждая молекула IgG состоит из двух соединенных цепей, которые формируют два антиген-связывающих участка. На вариабельном участке каждой цепи имеются гипервариабильные участки Ц три в легких цепях и четыре в тяжелых цепях. Разновидности последовательности аминокислот в этих гипервариабильных участках определяют специфичность антитела. При определенных условиях эти гипервариабильные области могут также выступать в роли антигенов (идиотипы). Антитело против идиотипов, т.е. производимое против гипервариабильной области антител, имеет ограниченный диапазон реактивности и соединяется только с молекулами иммуноглобулина, имеющими данную гипервариабильную область. В сущности, реактивность антител против идиотипов ограничена исключительно специфическими антителами, полученными из единственного клона. Хотя вышеописанное относится строго к IgG, другие классы иммуноглобулинов имеют такую же основную структуру, за исключением того, что IgM является пентамером (то есть, состоит из 5 основных единиц (молекул), связанных в области Fc-концов), а IgA обычно существует как димер.

   Строение  иммуноглобулинов (IgG)

   IgD и  IgE имеют сходную структуру. IgA  димер, а IgM пентамер. Антиген-связывающие места формируются концами тяжелой и легкой цепей; каждая молекула IgG имеет два места связывания. При энзиматическом расщеплении образуются следующие фрагменты: Fc-фрагмент содержит участки обоих постоянных частей; Fab-фрагмент содержит легкую и часть тяжелой цепи с одним антиген-связывающим участком. F(ab)Т2-фрагмент состоит из двух связанных между собой Fab-фрагментов.

   Н - область  «вилки»; HV,LV - вариабельные концы тяжелой  и легкой цепей; HC,LC - постоянные концы  тяжелой и легкой цепей; ЧЧ - дисульфидные связи между цепями.

   Постоянный  участок каждой молекулы иммуноглобулина  имеет рецепторы для комплемента, а также имеется на Fc-фрагменте  участок, который связывается с клетками, имеющими Fc-рецепторы (что необходимо для осуществлениея клеточного иммунитета). Унаследованные антигенные различия между тяжелыми цепями составляют аллотипы. Молекулы иммуноглобулинов можно разбить на части различными протеолитическими ферментами. При воздействии папаина молекула разделяется в области расхождения тяжелых цепей (УвилкиФ) на два Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент (кристаллизующийся). Пепсин разрывает молекулу на F(ab)Т2-фрагмент и Fc-фрагмент. Fc-фрагмент представляет собой постоянный участок; отсутствие изменяемости последовательности аминокислот Ц главная причина возможности кристаллизации данного фрагмента. Fab и F(ab)Т2-фрагменты несут один и два антиген-связывающих участка соответственно. Fc-фрагмент несет специфические антигены, включая те, которые определяют иммунологическое различие пяти главных классов антител. Участок фиксации комплемента также расположен на Fc-фрагменте. Метод ферментативного расщепления имеет историческое значение в процессе выяснения структуры иммуноглобулинов.

   Регулирование производства антител: производство антител  начинается после активации B-клеток антигеном. Максимальная концентрация антител в сыворотке наблюдается с 1 по 2 неделю и затем начинает снижаться. Непрерывное присутствие свободного антигена поддерживает ответ до тех пор, пока увеличение уровня антител не приведет к усиленному удалению антигена и, таким образом, прекращению стимуляции B-клеток. Существуют также более тонкие механизмы регуляции синтеза иммуноглобулинов. T-хелперы (CD4-позитивные) играют важную роль в регуляции ответа В-клеток на большое количество антигенов и их постоянное присутствие увеличивает производство антител. Этот эффект возникает благодаря, по крайней мере частично, высвобождению лимфокинов . T-супрессоры (CD8-позитивные) оказывают противоположное влияние, вызывая снижение иммунного ответа; сильное подавление ответа может быть одним из механизмов, лежащих в основе толерантности. Одним из дополнительных регулирующих механизмов является выработка анти-идиотипов (т.е. антител против собственных антител (аутоантител)). Предполагается, что при иммунном ответе производство специфического антитела обязательно сопровождается производством второго антитела (анти-идиотипного) со специфичностью против вариабельных (V) последовательностей (идиотипов или антиген-связывающих участков) первого антитела. Анти-идиотипное антитело способно к распознаванию идиотипов на антигенном рецепторе B-клеток (который построен из иммуноглобулина, идентичного по строению идиотипу первого антитела), таким образом оно конкурирует с антигеном и служит для ингибирования активации B-клетки.

    
 
РАСПОЗНАВАНИЕ АНТИГЕНОВ И ОСНОВЫ РАЗНООБРАЗИЯ АНТИГЕННЫХ РЕЦЕПТОРОВ .

   Существуют  большое количество различных антител. Все они реагируют с огромным количеством разнообразных антигенов. Аналогично, огромное количество T-клеток распознает огромное количество разнообразных антигенов.

   Специфическое распознавание антигена осуществляется лимфоцитами, которые имеют рецепторы для антигена на их поверхностях. Существует огромное количество рецепторов с отличающейся специфичностью, реагирующих со всем диапазоном известных антигенов, но каждый лимфоцит имеет рецепторы только для единственного антигена. Отсюда следует, что существует огромное количество лимфоцитов (приблизительно 106-109), имеющих один единственный тип рецептора каждый. Антигенными рецепторами B-лимфоцитов являются иммуноглобулины. Действие механизма перестройки генов приводит к появлению разнообразных молекул иммуноглобулинов, которые служат как рецепторы для антигенов на поверхности клетки и, в конечном счете, представляют собой специфический иммуноглобулин (антитело), которое будет секретироваться плазматическими клетками после возникновения иммунного ответа. В упрощенном виде, антиген выбирает лимфоциты, которые имеют рецепторы (то есть, поверхностный иммуноглобулин B-клеток), соответсвующие ему (подходят друг к другу, как ключ к замку). Это взаимодействие приводит к делению и трансформации B-клетки, и, в конечном счете, к образованию клона плазматических клеток, которые секретируют молекулы антител со специальными связывающими участками, которые являются по существу такими же, как и расположенные на поверхности клетки первоначального лимфоцита, распознавшего антиген. T-лимфоциты также имеют рецепторы для антигенов и популяции T-клеток имеют подобную степень разнообразия. Рецептор Т-клетки состоит из пары полипептидных цепей при этом каждая цепь имеет вариабельный и постоянный участок, таким образом рецептор подобен рецептору В-клетки (который является поверхностным иммуноглобулином). Рецептор Т-клетки таким образом может быть расценен как член «семейства иммуноглобулинов высшего качества», которое включает не только иммуноглобулины, но и другие молекулы, вовлеченные во взаимодействие и распознавание клеток, при этом все они имеют общее эволюционное происхождение. Разнообразие антиген-распознающих рецепторов Т-клетки формируется в раннем эмбриональном периоде при помощи механизма перестройки генов, который похож на механизм образования разнообразия иммуноглобулинов. Также, параллельно с активацией В-клеток, антиген выбирает и T-клетки, несущие рецепторы с соответствующей специфичностью, и, таким образом, стимулирует пролиферацию специфического клона T-клеток, результатом которого является образование поколения многочисленных T-клеток-эффекторов идентичной специфичности. Обратите внимание, что распознавание антигена T-клетками Ц сложный процесс, вовлекающий пространственное взаимодействие антигена с MHC-молекулой на макрофагах и рецептором антигена Т-клетки при участии CD3 и CD4 или CD8 молекул на T-клетках. T-хелперы распознают антигены, связанные с молекулами MHC II класса, а T-супрессоры и цитотоксические Т-клетки распознают антигены, связанные с молекулами MHC I класса. Были описаны T-клетки, несущие рецептор, составленный из гамма и дельта цепей, однако их функция неизвестна.

    
 
ВОЗНИКНОВЕНИЕ РАЗНООБРАЗИЯ: ГЕН-«ПЕРЕТАСОВЫВАЮЩИЙ» МЕХАНИЗМ.

   Разнообразие  антигенных рецепторов на B- и T-клетках  возникает на уровне ДНК во время  дифференцировки лимфоидных предшественников в эмбриональном периоде. Вовлеченные в данный процесс гены расположены в хромосомах. Хотя каждый из этих генов функционирует как «генная единица» производства цепи полипептидов, каждый ген существует в цепи ДНК как сложный «мультиген», состоящий из большого количества различных сегментов ДНК, которые могут быть свернуты или собраны вместе в различных модификациях, что приводит к возникновению многочисленных различных шаблонов ДНК. Например, мультиген тяжелых цепей содержит до 200 различных V (вариабельных) сегментов (VH); каждая кодировка соответствует специфической последовательности аминокислот в антиген-связывающем участке (вариабельном участке) тяжелой цепи иммуноглобулина. Ген тяжелой цепи также содержит множественные D (diversity разнообразие), J (joining соединение) и C (constant постоянная область) сегменты, по одному для каждого подкласса и класса тяжелых цепей. Специальный механизм соединяет по одному сегменту ДНК от каждой категории, формируя VDJC-последовательность, которая служит как функциональный ген, на котором образуется иРНК, кодирующая всю тяжелую цепь. Легкие цепи составляются подобно, за исключением того, что они не содержат сегментов D. Ген бета-цепи T-рецептора также содержит множественные V, D, J, и C гены, кодирующие тяжелую цепь, в то время как ген альфа-цепи T-рецептора содержит только множественные V и J сегменты с единственным C сегментом.

    
 
РЕЗУЛЬТАТЫ  ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АНТИТЕЛ  С АНТИГЕНАМИ.

     
Антитела могут участвовать в следующих реакциях : 
-преципитации;  
-агглютинации;  
-опсонизации;  
-нейтрализации;  
-клеточной цитотоксичности;  
-разрушения клеток с участием комплемента.

   Большинство иммуноглобулинов (антител) оказывают  прямое влияние на антигены, с которым они специфично реагируют; например, формирование больших агрегатов может приводить к преципитации или агглютинации. Когда антиген является токсином, взаимодействие антиген-антитело может вызывать нейтрализацию токсического воздействия.

   В некоторых  случаях накопление антител на поверхности  антигенной частицы (опсонизация) вызывает повышение фагоцитарной активности макрофагов и нейтрофилов, которые имеют Fc-рецепторы на своей поверхности. Этот процесс назван иммунным фагоцитозом.

   Взаимодействие  между антигеном и антителом  может вызывать структурные повреждения  в Fc-фрагменте молекулы иммуноглобулина, которые ведут к активации комплемента.

    
 
КОМПЛЕМЕНТ

   Активация комплемента: комплемент это система плазматических белков (C1-C9), которые существуют в неактивной форме и составляют приблизительно 10% глобулинов крови. Активация комплемента может происходить одним из 2 путей:

   Классический  путь: классический путь активации комплемента начинается при взаимодействии IgM или IgG с антигеном. Взаимодействие антитела с антигеном приводит к фиксации C1 к Fc-части молекулы антитела. При этом образуется C1q и возникает каскадная . Ранние компоненты (C1, 4, 2) формируют C3 конвертазу, которая расщепляет C3. Конечный комплекс C56789 проявляет фосфолипазную активность и приводит к лизису мембраны клетки (обратите внимание, что полная последовательность выглядит следующим образом 1, 4, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9).

   Альтернативный  путь (пропердиновый путь): альтернативный путь отличается от классического пути только механизмом активации и ранними реакциями. Расщепление C3 в альтернативном пути не требует взаимодействия антигена с антителами или наличия ранних (C1, C4, C2) факторов комплемента. Каскад запускается аггрегированными комплексами IgG, сложными углеводами и бактериальными эндотоксинами. C3 конвертаза формируется взаимодействием пропердина (глобулин сыворотки), двух других факторов сыворотки (B и D) и ионов магния. Последовательность активации после расщепления C3 та же самая, как в классическом пути.

   Результаты  активации комплемента: активация комплемента связана с острым воспалительным ответом, характеризуемым вазодилятацией, увеличением сосудистой проницаемости и экссудацией жидкости, опосредованными анафилотоксическими влияниями C3a и C5a. И C3a, и C5a обладают выраженным хемотаксическим эффектом для нейтрофилов, которые эмигрируют в область воспаления. Антиген удаляется путем 1) иммунного фагоцитоза, который вызывается опсонизирующим влиянием C3b, нейтрофилами и макрофагами, или 2) мембранным лизисом, который вызывает конечный продукт каскада комплемента.

     Рецепторы к комплементу: рецепторы к комплементу были обнаружены на поверхности большинства клеток. CD11 это рецептор нейтрофилов и макрофагов к C3b. CD21 это рецептор В-лимфоцитов к C3b. CD35 Ц наиболее широко распространен-ный рецептор для C3b, найденный на эритроцитах и лейкоцитах; он связывает иммунные комплексы в плазме.