Антигены гистосовместимости - это гликопротеины, существующие на поверхности всех клеток. Первоначально были определены как главные антигены-мишени в реакциях на трансплантат. Пересадка ткани взрослого донора особи того же вида (аллотрансплантация) или иного вида (ксенотрансплантация) приводит обычно к ее отторжению. Эксперименты по пересадке кожи между разными линиями мышей показали, что отторжение трансплантата обусловлено иммунной реакцией на чужеродные антигены, находящиеся на поверхности его клеток. Позднее было показано, что в этих реакциях участвуют Т-клетки. Реакции направлены против генетически «чужеродных» вариантов гликопротеинов клеточной поверхности, получивших название молекул гистосовместимости (т.е. совместимости тканей).
Главные молекулы гистосовместимости - семейство гликопротеинов, кодируемое генами, составляющими главный комплекс гистосовместимости (МНС - major histocompatibility complex ). В пределах МНС локализованы гены, контролирующие главные трансплантационные антигены и гены, определяющие интенсивность иммунного ответа на тот или иной конкретный антиген, - так называемые Ir-гены (immune response ). Молекулы МНС имеются на поверхности клеток всех высших позвоночных. Впервые они были найдены у мышей и названы антигенами Н2 (histocompatibility-2 ). У человека они носят название HLA (лейкоцитарных, human leucocyte-associated ), так как были первоначально обнаружены на лейкоцитах.
Существует два основных класса молекул МНС, каждый из которых представляет собой набор гликопротеинов клеточной поверхности. Молекулы МНС класса I экспрессируются практически на всех клетках, молекулы класса II - на клетках, участвующих в иммунных ответах (лимфоцитах, макрофагах). Молекулы класса I узнаются цитотоксическими Т-клетками (киллерами), которые должны взаимодействовать с любой клеткой организма, оказавшейся зараженной вирусом, тогда как молекулы класса II узнаются Т-хелперами (Тх), которые взаимодействуют в основном с другими клетками, участвующими в иммунных ответах, такими как В-лимфоциты и макрофаги (антигенпредставляющие клетки).
Согласно клонально-селекционной теории иммунитета , в организме существуют многочисленные группы (клоны) лимфоцитов, генетически запрограммированные реагировать на один или несколько антигенов. Поэтому каждый конкретный антиген оказывает избирательное действие, стимулируя только те лимфоциты, которые имеют сродство к его поверхностным детерминантам.
При первой встрече с антигеном (т.н. первичный ответ ) лимфоциты стимулируются и подвергаются трансформации в бластные формы, которые способны к пролиферации и дифференцировке в иммуноциты. В результате пролиферации увеличивается число лимфоцитов соответствующего клона, «узнавших» антиген. Дифференцировка приводит к появлению двух типов клеток - эффекторных и клеток памяти . Эффекторные клетки непосредственно участвуют в ликвидации или обезвреживании чужеродного материала. К эффекторным клеткам относятся активированные лимфоциты и плазматические клетки. Клетки памяти - это лимфоциты, возвращающиеся в неактивное состояние, но несущие информацию (память) о встрече с конкретным антигеном. При повторном введении данного антигена они способны обеспечивать быстрый иммунный ответ большей интенсивности (т.н.вторичный ответ ) вследствие усиленной пролиферации лимфоцитов и образования иммуноцитов.
В зависимости от механизма уничтожения антигена различают клеточный иммунитет и гуморальный иммунитет.
При клеточном иммунитете эффекторными клетками являются цитотоксические Т-лимфоциты, или лимфоциты-киллеры (убийцы). Они непосредственно участвуют в уничтожении чужеродных клеток других органов или патологических собственных (например, опухолевых) клеток, и выделяют литические вещества. Такая реакция лежит в основе отторжения чужеродных тканей в условиях трансплантации или при действии на кожу химических (сенсибилизирующих) веществ, вызывающих повышенную чувствительность (т.н. гиперчувствительность замедленного типа) и другие реакции.
При гуморальном иммунитете эффекторными клетками являются плазматические клетки, которые синтезируют и выделяют в кровь антитела.
Некоторые термины из практической медицины:
· агаммаглобулинемия (agammaglobulinaemia ; а- + гаммаглобулины + греч. haima кровь; син.: гипогаммаглобулинемия, синдром дефицита антител) -- общее название группы болезней, характеризующихся отсутствием или резким снижением уровня иммуноглобулинов в сыворотке крови;
· аутоантигены (ауто- + антигены) -- собственные нормальные антигены организма, а также антигены, возникающие под действием различных биологических и физико-химических факторов, по отношению к которым образуются аутоантитела;
· аутоиммунная реакция -- иммунная реакция организма на аутоантигены;
· аллергия (allergia ; греч. allos другой, иной + ergon действие) -- состояние измененной реактивности организма в виде повышения его чувствительности к повторным воздействиям каких-либо веществ или к компонентам собственных тканей; в основе аллергии лежит иммунный ответ, протекающий с повреждением тканей;
· иммунитет активный иммунитет, возникающий в результате иммунного ответа организма на введение антигена;
· Основными клетками, осуществляющими иммунные реакции, являются Т- и В-лимфоциты (и производные последних – плазмоциты), макрофаги, а также ряд взаимодействующих с ними клеток (тучные клетки, эозинофилы и др.).
· Лимфоциты
· Популяция лимфоцитов функционально неоднородна. Различают три основных вида лимфоцитов: Т-лимфоциты , В-лимфоциты и так называемые нулевые лимфоциты (0-клетки). Лимфоциты развиваются из недифференцированных лимфоидных костномозговых предшественников и при дифференцировке получают функциональные и морфологические признаки (наличие маркеров, поверхностных рецепторов), выявляемые иммунологическими методами. 0-лимфоциты (нулевые) лишены поверхностных маркеров и рассматриваются как резервная популяция недифференцированных лимфоцитов.
· Т-лимфоциты - самая многочисленная популяция лимфоцитов, составляющая 70-90% лимфоцитов крови. Они дифференцируются в вилочковой железе - тимусе (отсюда их название), поступают в кровь и лимфу и заселяют Т-зоны в периферических органах иммунной системы - лимфатических узлах (глубокая часть коркового вещества), селезенке(периартериальные влагалища лимфоидных узелков), в одиночных и множественных фолликулах различных органов, в которых под влиянием антигенов образуются Т-иммуноциты (эффекторные) и Т-клетки памяти. Для Т-лимфоцитов характерно наличие на плазмолемме особых рецепторов, способных специфически распознавать и связывать антигены. Эти рецепторы являются продуктами генов иммунного ответа . Т-лимфоциты обеспечивают клеточный иммунитет, участвуют в регуляции гуморального иммунитета, осуществляют продукцию цитокинов при действии антигенов.
· В популяции Т-лимфоцитов различают несколько функциональных групп клеток: цитотоксические лимфоциты (Тц), или Т-киллеры (Тк), Т-хелперы (Тх), Т-супрессоры (Тс). Тк участвуют в реакциях клеточного иммунитета, обеспечивая разрушение (лизис) чужеродных клеток и собственных измененных клеток (например, опухолевых клеток). Рецепторы позволяют им распознавать белки вирусов и опухолевых клеток на их поверхности. При этом активизация Тц (киллеров) происходит под влиянием антигенов гистосовместимости на поверхности чужеродных клеток.
· Кроме того, Т-лимфоциты участвуют в регуляции гуморального иммунитета с помощью Тх и Тс. Тх стимулируют дифференцировку В-лимфоцитов, образование из них плазмоцитов и продукцию иммуноглобулинов (Ig). Tx имеют поверхностные рецепторы, которые связываются с белками на плазмолемме В-клеток и макрофагов, стимулируя Тх и макрофаги к пролиферации, продукции интерлейкинов (пептидных гормонов), а В-клетки - к продукции антител.
· Таким образом, главной функцией Тх является распознавание чужеродных антигенов (представляемых макрофагами), секреция интерлейкинов, стимулирующих В-лимфоциты и другие клетки для участия в иммунных реакциях.
· Снижение в крови числа Тх ведет к ослаблению защитных реакций организма (эти лица более подвержены инфекциям). Отмечено резкое снижение числа Тх у лиц, инфицированных вирусом СПИДа.
· Тс способны ингибировать активность Тх, В-лимфоцитов и плазмоцитов. Они участвуют в аллергических реакциях, реакциях гиперчувствительности. Тс подавляют дифференцировку В-лимфоцитов.
· Одной из основных функций Т-лимфоцитов является продукция цитокинов , которые оказывают стимулирующее или тормозящее влияние на клетки, участвующие в иммунном ответе (хемотаксические факторы, макрофаги ингибирующий фактор - МИФ, неспецифические цитотоксические вещества и др.).
· Натуральные киллеры . Среди лимфоцитов в крови, кроме вышеописанных Тц, выполняющих функцию киллеров, имеются так называемые натуральные киллеры (Нк, NK ), которые также участвуют в клеточном иммунитете. Они образуют первую линию защиты против чужеродных клеток, действуют немедленно, быстро разрушая клетки. Нк в собственном организме разрушают опухолевые клетки и клетки, инфицированные вирусом. Тц образуют вторую линию защиты, так как для их развития из неактивных Т-лимфоцитов требуется время, поэтому они вступают в действие позже Нк. Нк - это большие лимфоциты диаметром 12-15 мкм, имеют дольчатое ядро и азурофильные гранулы (лизосомы) в цитоплазме.
· Развитие Т- и В-лимфоцитов
· Родоначальником всех клеток иммунной системы является кроветворная стволовая клетка (СКК). СКК локализуются в эмбриональном периоде в желточном мешке, печени, селезенке. В более поздний период эмбриогенеза они появляются в костном мозге и продолжают пролиферировать в постнатальной жизни. Из СКК в костном мозге образуется клетка-предшественник лимфопоэза (лимфоидная мультипотентная родоначальная клетка), которая генерирует два типа клеток: пре-Т-клетки (предшественники Т-клеток) и пре-В-клетки (предшественники В-клеток).
· Дифференцировка Т-лимфоцитов
· Пре-Т-клетки мигрируют из костного мозга через кровь в центральный орган иммунной системы - вилочковую железу (тимус). Еще в период эмбрионального развития в вилочковой железе создается микроокружение, имеющее значение для дифференцировки Т-лимфоцитов. В формировании микроокружения особая роль отводится ретикулоэпителиальным клеткам этой железы, способным к продукции ряда биологически активных веществ. Мигрирующие в вилочковую железу пре-Т-клетки приобретают способность реагировать на стимулы микроокружения. Пре-Т-клетки в вилочковой железе пролиферируют, трансформируются в Т-лимфоциты, несущие характерные мембранные антигены (CD4+, CD8+). Т-лимфоциты генерируют и «поставляют» в кровообращение и в тимусзависимые зоны периферических лимфоидных органов 3 типа лимфоцитов: Тц, Тх и Тс. Мигрирующие из вилочковой железы «девственные» Т-лимфоциты (виргильные Т-лимфоциты) являются короткоживущими. Специфическое взаимодействие с антигеном в периферических лимфоидных органах служит началом процессов их пролиферации и дифференцировки в зрелые и долгоживущие клетки (Т-эффекторные и Т-клетки памяти), составляющие большую часть рециркулирующих Т-лимфоцитов.
· Из вилочковой железы мигрируют не все клетки. Часть Т-лимфоцитов погибает. Существует мнение, что причиной их гибели служит присоединение антигена к антигенспецифическому рецептору. В вилочковой железе нет чужеродных антигенов, поэтому данный механизм может служить для удаления Т-лимфоцитов, способных реагировать с собственными структурами организма, т.е. выполнять функцию защиты от аутоиммунных реакций. Гибель части лимфоцитов является генетически запрограммированной (апоптоз).
· Дифференцировочные антигены Т-клеток . В процессе дифференцировки лимфоцитов на их поверхности появляются специфические мембранные молекулы гликопротеидов. Такие молекулы (антигены) можно обнаружить с помощью специфических моноклональных антител. Получены моноклональные антитела, которые реагируют лишь с одним антигеном клеточной мембраны. С помощью набора моноклональных антител можно идентифицировать субпопуляции лимфоцитов. Имеются наборы антител к дифференцировочным антигенам лимфоцитов человека. Антитела составляют относительно немного групп (или «кластеров»), каждая из которых узнает один единственный белок клеточной поверхности. Создана номенклатура дифференцировочных антигенов лейкоцитов человека, выявляемых моноклональными антителами. Эта CD-номенклатура (CD - cluster of differentiation - кластер дифференцировки) базируется на группах моноклональных антител, реагирующих с одними и теми же дифференцировочными антигенами.
· Получены многоклональные антитела к ряду дифференцировочных антигенов Т-лимфоцитов человека. При определении общей популяции Т-клеток могут быть использованы моноклональные антитела специфичностей CD (CD2, CD3, CDS, CD6, CD7).
· Известны дифференцировочные антигены Т-клеток, которые характерны либо для определенных стадий онтогенеза, либо для различающихся по функциональной активности субпопуляций. Так, CD1 - маркер ранней фазы созревания Т-клеток в вилочковой железе. В процессе дифференцировки тимоцитов на их поверхности экспрессируются одновременно маркеры CD4 и CD8. Однако в последующем маркер CD4 исчезает с части клеток и сохраняется только на субпопуляции, переставшей экспрессировать антиген CD8. Зрелые CD4+ клетки являются Тх. Антиген CD8 экспрессируется примерно на ⅓ периферических Т-клеток, которые созревают из CD4+/CD8+ Т-лимфоцитов. Субпопуляция CD8+ Т-клеток включает цитотоксические и супрессорные Т-лимфоциты. Антитела к гликопротеинам CD4 и CD8 широко используются для того, чтобы различать и разделять Т-клетки соответственно на Тх и Тц.
· Кроме дифференцировочных антигенов, известны специфические маркеры Т-лимфоцитов.
· Т-клеточные рецепторы для антигенов представляют собой антителоподобные гетеродимеры, состоящие из полипептидных α- и β-цепей. Каждая из цепей имеет длину в 280 аминокислот, большая внеклеточная часть каждой цепи свернута в два Ig-подобных домена: один вариабельный (V) и один константный (С). Антителоподобный гетеродимер кодируется генами, которые собираются из нескольких генных сегментов в процессе развития Т-клеток в вилочковой железе.
· Различают антигеннезависимую и антигензависимую дифференцировку и специализацию В- и Т-лимфоцитов.
· Антигеннезависимая пролиферация и дифференцировка генетически запрограммированы на образование клеток, способных давать специфический тип иммунного ответа при встрече с конкретным антигеном благодаря появлению на плазмолемме лимфоцитов особых «рецепторов». Она совершается в центральных органах иммунитета (тимус, костный мозг или фабрициева сумка у птиц) под влиянием специфических факторов, вырабатываемых клетками, формирующими микроокружение (ретикулярная строма или ретикулоэпителиальные клетки в тимусе).
· Антигензависимая пролиферация и дифференцировка Т- и В-лимфоцитов происходят при встрече с антигенами в периферических лимфоидных органах, при этом образуются эффекторные клетки и клетки памяти (сохраняющие информацию о действовавшем антигене).
· Образующиеся Т-лимфоциты составляют пул долгоживущих , рециркулирующих лимфоцитов, а В-лимфоциты - короткоживущих клеток.
66. Хар-ка В-лимфоцитов.
В-лимфоциты являются основными клетками, участвующими в гуморальном иммунитете. У человека они образуются из СКК красного костного мозга, затем поступают в кровь и далее заселяют В-зоны периферических лимфоидных органов - селезенки, лимфатических узлов, лимфоидные фолликулы многих внутренних органов. В крови их содержится 10-30% от всей популяции лимфоцитов.
Для В-лимфоцитов характерно наличие на плазмолемме поверхностных иммуноглобулиновых рецепторов (SIg или MIg) для антигенов. Каждая В-клетка содержит 50000...150000 антигенспецифических молекул SIg. В популяции В-лимфоцитов находятся клетки с различными SIg: большинство (⅔) содержат IgM, меньшее число (⅓) - IgG и около 1-5 % - IgA, IgD, IgE. В плазмолемме В-лимфоцитов имеются также рецепторы для комплемента (С3) и Fc-рецепторы.
При действии антигена В-лимфоциты в периферических лимфоидных органах активизируются, пролиферируют, дифференцируются в плазмоциты, активно синтезирующие антитела различных классов, которые поступают в кровь, лимфу и тканевую жидкость.
Дифференцировка В-лимфоцитов
Предшественники В-клеток (пре-В-клетки) развиваются в дальнейшем у птиц в фабрициевой сумке (bursa), откуда произошло название В-лимфоциты, у человека и млекопитающих - в костном мозге.
Сумка Фабрициуса (bursa Fabricii) - центральный орган иммунопоэза у птиц, где происходит развитие В-лимфоцитов, находится в области клоаки. Для ее микроскопического строения характерно наличие многочисленных складок, покрытых эпителием, в которых расположены лимфоидные узелки, ограниченные мембраной. В узелках содержатся эпителиоциты и лимфоциты на различных стадиях дифференцировки. В период эмбриогенеза в центре фолликула формируется мозговая зона, а на периферии (снаружи от мембраны) - корковая зона, в которую, вероятно, мигрируют лимфоциты из мозговой зоны. В связи с тем что в сумке Фабрициуса у птиц образуются исключительно В-лимфоциты, она является удобным объектом для изучения строения и иммунологических характеристик этого вида лимфоцитов. Для ультрамикроскопического строения В-лимфоцитов характерно наличие в цитоплазме групп рибосом в виде розеток. Эти клетки имеют более крупные ядра и менее плотный хроматин, чем у Т-лимфоцитов, в связи с увеличением содержания эухроматина.
В-лимфоциты отличаются от других типов клеток способностью синтезировать иммуноглобулины. Зрелые В-лимфоциты экспрессируют Ig на клеточной мембране. Такие мембранные иммуноглобулины (MIg) функционируют как антигенспецифические рецепторы.
Пре-В-клетки синтезируют внутриклеточный цитоплазматический IgM, но не имеют поверхностных иммуноглобулиновых рецепторов. Костномозговые виргильные В-лимфоциты имеют IgM-рецепторы на своей поверхности. Зрелые В-лимфоциты несут на своей поверхности иммуноглобулиновые рецепторы различных классов - IgM, IgG и др.
Дифференцированные В-лимфоциты поступают в периферические лимфоидные органы, где при действии антигенов происходят пролиферация и дальнейшая специализация В-лимфоцитов с образованием плазмоцитов и В-клеток памяти (ВП).
В ходе своего развития многие В-клетки переключаются с выработки антител одного класса на выработку антител других классов. Этот процесс называется переключением класса. Все В-клетки начинают свою деятельность по синтезу антител с выработки молекул IgM, которые встраиваются в плазматическую мембрану и служат рецепторами для антигена. Затем, еще до взаимодействия с антигеном, большая часть В-клеток переходит к одновременному синтезу молекул IgM и IgD. Когда виргильная В-клетка переходит от выработки одного лишь мембраносвязанного IgM к одновременному синтезу мембраносвязанных IgM и IgD, переключение происходит, вероятно, благодаря изменению процессинга РНК.
При стимуляции антигеном некоторые из этих клеток активируются и начинают выделять антитела IgM, преобладающие в первичном гуморальном ответе.
Другие стимулированные антигеном клетки переключаются на выработку антител классов IgG, IgE или IgA; В-клетки памяти несут эти антитела на своей поверхности, а активные В-клетки их секретируют. Молекулы IgG, IgE и IgA в совокупности называются антителами вторичных классов, так как они, по-видимому, образуются только после антигенной стимуляции и преобладают во вторичных гуморальных ответах.
При помощи моноклональных антител удалось выявить определенные дифференцировочные антигены, которые еще до появления цитоплазматических µ-цепей позволяют отнести несущий их лимфоцит к В-клеточной линии. Так, антиген CD19 является самым ранним маркером, позволяющим отнести лимфоцит к В-клеточному ряду. Он присутствует на пре-В-клетках в костном мозге, на всех периферических В-клетках.
Антиген, выявляемый моноклональными антителами группы CD20, специфичен для В-лимфоцитов и характеризует более поздние стадии дифференцировки.
На гистологических срезах антиген CD20 выявляется на В-клетках герминативных центров лимфоидных узелков, в корковом веществе лимфатических узлов. В-лимфоциты несут также ряд других (например, CD24, CD37) маркеров.
67. Макрофаги играют важную роль как в естественном, так и в приобретенном иммунитете организма. Участие макрофагов в естественном иммунитете проявляется в их способности к фагоцитозу и в синтезе ряда активных веществ - пищеварительных ферментов, компонентов системы комплемента, фагоцитина, лизоцима, интерферона, эндогенного пирогена и др., являющихся основными факторами естественного иммунитета. Их роль в приобретенном иммунитете заключается в пассивной передаче антигена иммунокомпетентным клеткам (Т- и В-лимфоцитам), в индукции специфического ответа на антигены. Макрофаги также участвуют в обеспечении иммунного гомеостаза путем контроля над размножением клеток, характеризующихся рядом отклонений от нормы (опухолевые клетки).
Для оптимального развития иммунных реакций при действии большинства антигенов необходимо участие макрофагов как в первой индуктивной фазе иммунитета, когда они стимулируют лимфоциты, так и в его конечной фазе (продуктивной), когда они участвуют в выработке антител и разрушении антигена. Антигены, фагоцитированные макрофагами, вызывают более сильный иммунный ответ по сравнению с теми, которые не фагоцитированы ими. Блокада макрофагов введением в организм животных взвеси инертных частиц (например, туши) значительно ослабляет иммунный ответ. Макрофаги способны фагоцитировать как растворимые (например, белки), так и корпускулярные антигены. Корпускулярные антигены вызывают более сильный иммунный ответ.
Некоторые виды антигенов, например пневмококки, содержащие на поверхности углеводный компонент, могут быть фагоцитированы лишь после предварительнойопсонизации . Фагоцитоз значительно облегчается, если антигенные детерминанты чужеродных клеток опсонизированы, т.е. соединены с антителом или комплексом антитела и комплемента. Процесс опсонизации обеспечивается присутствием на мембране макрофага рецепторов, которые связывают часть молекулы антитела (Fc-фрагмент) или часть комплемента (С3). С мембраной макрофага у человека непосредственно могут связываться только антитела класса IgG, когда они находятся в комбинации с соответствующим антигеном. IgM могут связываться с мембраной макрофага в присутствии комплемента. Макрофаги способны «распознавать» растворимые антигены, например гемоглобин.
В механизме распознавания антигена выделяют два этапа, тесно связанных друг с другом. Первый этап заключается в фагоцитозе и переваривании антигена. Во втором этапе в фаголизосомах макрофага накапливаются полипептиды, растворимые антигены (сывороточные альбумины) и корпускулярные бактериальные антигены. В одних и тех же фаголизосомах может быть обнаружено несколько введенных антигенов. Изучение иммуногенности различных субклеточных фракций выявило, что наиболее активное антителообразование вызывает введение в организм лизосом. Антиген обнаруживается также в мембранах клеток. Выделяемая макрофагами большая часть переработанного материала антигенов оказывает стимулирующее влияние на пролиферацию и дифференцировку клонов Т- и В-лимфоцитов. Небольшое количество антигенного материала может длительное время сохраняться в макрофагах в виде химических соединений, состоящих не менее чем из 5 пептидов (возможно, в связи с РНК).
В В-зонах лимфатических узлов и селезенки имеются специализированные макрофаги (дендритные клетки), на поверхности многочисленных отростков которых сохраняются многие антигены, попадающие в организм и передающиеся соответствующим клонам В-лимфоцитов. В Т-зонах лимфатических фолликулов расположены интердигитирующие клетки, влияющие на дифференцировку клонов Т-лимфоцитов.
Таким образом, макрофаги принимают непосредственное активное участие в кооперативном взаимодействии клеток (Т- и В-лимфоцитов) в иммунных реакциях организма.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФГБОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К.И. Скрябина»
Кафедра Иммунологии
На тему: «Главный комплекс гистосовместимости, его основные биологические функции»
Выполнила:
Студентка 2 курса ФВМ 14 группы СО
Матвеева О.В.
Москва 2014г.
Введение
2. МНС функции
4. МНС 1 класса
5. МНС 2 класса
6. МНС 3 класса
Введение
Развитие медицины на некотором этапе показало зависимость процессов, протекающих в организме от особенностей генетического строения. Как выяснилось, закономерность этих процессов заложена в структуре молекулы ДНК. Изучая такие закономерности, можно прогнозировать заболевания, определять риск и предрасположенность к данному заболеванию, разрабатывать профилактические мероприятия. Весьма распространенными заболеваниями являются инфекционные, поэтому их изучение имеет значительное практическое применение. В данной работе изучается зависимость наличия тех или иных совокупностей генов и ряда инфекционных заболеваний.
Открытие и исследование системы гистосовместимости человека HLA, МНС у животных, (Human Leukocyte Antigen - человеческий антиген лейкоцитов) является одним из важнейших достижений медицины и биологии ХХ века. Знания в этой области накапливаются чрезвычайно быстро. Так, первый антиген системы HLA-MAK - был открыт в 1954 г. Доссе, а в настоящее время уже установлено более 100 антигенов. Система HLA является одной из наиболее изученных среди сложных генетических систем человека, и МНС у животных. Столь быстрые темпы накопления знаний обусловлены значением изучения данной системы для решения таких важных проблем медицины, как трансплантация органов и тканей, борьба с онкологическими и аутоиммунными заболеваниями.
В последние годы было установлено, что система гистосовместимости принимает непосредственное участие в регуляции иммунного ответа, и сами гены иммунного ответа входят в состав этой системы или тесно связаны с нею. Сформировалось также представление о роли антигенов системы HLA в развитии кооперативного иммунного ответа и поддержании иммунологического гомеостаза в целом.
1. Главный комплекс гистосовместимости (МНС)
Главный комплекс гистосовместимости - это группа генов и кодируемых ими антигенов клеточной поверхности, которые играют важнейшую роль в распознавании чужеродного и развитии иммунного ответа.
Открытие MHC произошло при исследовании вопросов внутривидовой пересадки тканей. Генетические локусы, ответственные за отторжение чужеродных тканей, образуют в хромосоме область, названную главным комплексом гистосовместимости (MHC)
Затем, первоначально в гипотетической, на основании клеточной феноменологии, а затем в экспериментально хорошо документированной форме с использованием методов молекулярной биологии было установлено, что Т-клеточный рецептор распознает не собственно чужеродный антиген, а его комплекс с молекулами, контролируемыми генами главного комплекса гистосовместимости. При этом и молекула MHC и фрагмент антигена контактируют с ТКР.
MHC кодирует два набора высокополиморфных клеточных белков, названных молекулами MHC класса I и класса II. Молекулы класса I способны связывать пептиды из 8-9 аминокислотных остатков, молекулы класса II - несколько более длинные.
Высокий полиморфизм молекул MHC, а также способность каждой антигенпрезентирующей клетки (АПК) экспрессировать несколько разных молекул MHC обеспечивают возможность презентации T-клеткам множества самых различных антигенных пептидов.
Следует отметить, что хотя молекулы MHC и называются обычно антигенами, они проявляют антигенность только в том случае, когда распознаются иммунной системой не собственного, а генетически иного организма, например, при аллотрансплантации органов.
Наличие в МНС генов, большинство из которых кодирует иммунологически значимые полипептиды, заставляет думать, что этот комплекс эволюционно возник и развивался специально для осуществления иммунных форм защиты.
Существуют еще и молекулы MHC класса III, но молекулы MHC класса I и молекулы MHC класса II являются наиболее важными в иммунологическом смысле.
ген высокополиморфный иммунный клеточный
2. МНС функции
Молекулы MHC первоначально идентифицировали по их способности вызывать отторжение трансплантата, они выполняют в организме и другие биологически важные функции. Во-первых, они принимают непосредственное участие в инициации иммунного ответа, контролируя молекулы, представляющие антиген в иммуногенной форме для его распознавания цитотоксическими T-клетками и хелперными T-клетками. В этот процесс включены гены LMP и TAP как вспомогательные при образовании иммуногенного комплекса этих молекул с антигеном. Во-вторых, в МНС локализованы гены, контролирующие синтез иммунорегуляторных и эффекторных молекул - цитокинов ФНО-альфа, ФНО-бета, а также некоторых компонентов комплемента.
Следует отметить их роль в качестве поверхностных клеточных маркеров, распознаваемых цитотоксическими T- лимфоцитами и T-хелперами в комплексе с антигеном. Молекулы, кодируемые комплексом Tla (область части генов MHC), вовлечены в процессы дифференцировки, особенно у эмбриона, а возможно, и в плаценте. MHC принимает участие в самых разных неиммунологических процессах, многие из которых опосредованы гормонами, например, регуляция массы тела у мышей или яйценоскости кур. Молекулы MHC класса I могут входить в состав гормональных рецепторов. Так, связывание инсулина заметно снижается, если с поверхности клетки удалить антигены MHC класса I, но не класса II. Кроме того, описаны случаи ассоциации продуктов MHC с рецепторами глюкагона, эпидермального фактора роста и гамма-эндорфина.
3. МНС антигены, общая характеристика
Антигены главного комплекса гистосовместимости (MHC) - это группа поверхностных белков различных клеток организма, играющих ключевую роль в опосредованных клетками иммунных реакциях. Антигены MHC кодируются комплексом генов, обозначаемым HLA у человека и H-2 у мыши.
Первоначально молекулы MHC (антигены MHC) идентифицировали по их способности вызывать сильные трансплантационные реакции. Выяснилось, что у каждого вида позвоночных существует одна группа тесно сцепленных генетических локусов, имеющая решающее значение при трансплантации ткани от одной особи другой особи внутри одного и того же вида (аллотрансплантация). Хотя антигенам MHC принадлежит ведущая роль в отторжении трансплантатов в случае несовпадения донора и реципиента по этим антигенам, данный феномен является лишь частным случаем проявления их биологической функции, и название MHC связано с тем, что именно при трансплантации исследователи впервые столкнулись с проявлением функции генов и антигенов гистосовместимости.
Поверхностные рецепторы T-лимфоцитов узнают антиген лишь в том случае, если он находится на поверхности клетки в комплексе с антигенами MHC, этот процесс носит название " представление антигена ". Аналогичную роль молекулы MHC выполняют и в B-клеточном ответе.
Таким образом, помимо того, что эта группа сцепленных генетических локусов (MHC) контролирует иммунный ответ на аллотрансплантаты, данная группа локусов играет важнейшую роль в контроле клеточных взаимодействий, лежащих в основе физиологических иммунных реакций: молекулы, кодируемые MHC, связываются с пептидными антигенами, вследствие чего эти антигены узнаются специфичными рецепторами T- и B-лимфоцитов.
Многие свойства, связанные с MHC, не являются генетически неделимыми и локализованы в разных участках генетической карты. MHC содержит три класса генов. Поэтому принято подразделять продукты MHC на антигены класса I, II и III. Многие черты MHC свойственны в большей степени одному или другому классу, хотя очевидно, что в той или иной мере некоторые качества характерны для обоих классов. Различия функций, определяемых антигенами класса I и II, отражаются в структурных различиях основных субъединиц антигенов.
Обнаружено две группы антигенов MHC (антигенов MHC класса I и антигенов MHC класса II), участвующих в регуляции иммунного ответа. Эти группы антигенов по-разному экспрессируются на клетках организма и, хотя они выполняют однотипную функцию, между ними имеется "распределение обязанностей".
Антигены MHC класса I представляют собой антигены, синтезируемые самой клеткой (вирусные, опухолевые, собственные мутированные), в то время как антигены MHC класса II - это экзогенные (пришедшие извне) антигены.
Иммунный ответ против антигенов, которые представляются антигенпрезентирующими клетками Т-хелперам, в результате феномена генетической рестрикции развивается только при наличии у антигенпрезентирующих клеток антигенов гистосовместимости класса II собственного генотипа.
Цитотоксические T-лимфоциты (Т-киллеры) распознают клетки-мишени лишь при наличии на их поверхности антигенов MHC класса I собственного генотипа.
В том случае, когда взаимодействующие в иммунном ответе клетки несут различные аллели MHC, иммунный ответ развивается не против представляемого чужеродного антигена (например, вирусного или бактериального), а против отличающихся антигенов MHC. Данный феномен лежит в основе того, что антигены MHC обеспечивают распознавание в организме "своего" и "чужого".
Таким образом, благодаря указанным функциям антигенов MHC осуществляется выявление и удаление из организма как экзогенных антигенов, так и собственных трансформированных клеток.
4. МНС 1 класса
Молекулы MHC класса 1 экспрессируются на клеточной поверхности и представляют собой гетеродимер, состоящий из одной тяжелой альфа-цепи, нековалентно связанной с однодоменным бета2-микроглобулином, который встречается также в свободной форме в сыворотке крови их называют классическими трансплатационными антигенами.
Тяжелая цепь состоит из внеклеточной части (образующей три домена: альфа1-, альфа2- и альфа3-домены), трансмембранного сегмента и цитоплазматического хвостового домена. Каждый внеклеточный домен содержит примерно 90 аминокислотных остатков, и все их вместе можно отделить от клеточной поверхности путем обработки папаином.
В альфа2- и альфа3-доменах имеется по одной внутрицепочечной дисульфидной связи, замыкающей в петлю 63 и 68 аминокислотных остатков, соответственно.
Домен альфа3 гомологичен по аминокислотной последовательности C-доменам иммуноглобулинов, и конформация альфа3-домена напоминает складчатую структуру доменов иммуноглобулинов.
Бета2-микроглобулин (бета2-m) необходим для экспрессии всех молекул MHC класса I и имеет неизменную последовательность, но у мыши встречается в двух формах, различающихся заменой одной аминокислоты в позиции 85. По структуре этот белок соответствует C-домену иммуноглобулинов. Бета2-микроглобулин способен также нековалентно взаимодействовать с неклассическими молекулами класса I, например, с продуктами генов CD1.
В зависимости от вида и гаплотипа внеклеточная часть тяжелых цепей MHC класса I в разной степени гликозилирована.
Трансмембранный сегмент MHC I класса состоит из 25 преимущественно гидрофобных аминокислотных остатков и пронизывает липидный бислой, вероятнее всего, в альфа-спиральной конформации.
Основное свойство молекул I класса - связывание пептидов (антигенов) и представление их в иммуногенной форме для Т-клеток - зависит от доменов альфа1 и альфа2. Эти домены имеют значительные альфа- спиральные участки, которые при взаимодействии между собой образуют удлиненную полость (щель), служащую местом связывания процессированного антигена. Образовавшийся комплекс антигена с альфа1- и альфа2-доменами и определяет его иммуногенность и возможность взаимодействовать с антигенраспознающими рецепторами Т-клеток.
К классу I относятся антигены A, антигены AB и антигены AC.
Антигены класса I присутствуют на поверхности всех ядросодержащих клеток и тромбоцитов.
5. МНС 2 класса
Молекулы MHC класса II являются гетеродимерами, построенными из нековалентно сцепленных тяжелой альфа- и легкой бета-цепей.
Ряд фактов указывает на близкое сходство альфа- и бета-цепей по общему строению. Внеклеточная часть каждой из цепей свернута в два домена (альфа1, альфа2 и бета1, бета2, соответственно) и соединена коротким пептидом с трансмембранным сегментом (длиной примерно 30 аминокислотных остатков). Трансмембранный сегмент переходит в цитоплазматический домен, содержащий примерно 10-15 остатков.
Антигенсвязывающая область молекул MHC класса II формируется альфа-спиральными участками взаимодействующих цепей подобно молекулам I класса, но при одном существенном отличии: антигенсвязывающая полость молекул MHC класса II формируется не двумя доменами одной альфа-цепи, а двумя доменами разных цепей - доменами альфа1 и бета1.
Общее структурное сходство между двумя классами молекул MHC очевидно. Это - однотипность пространственной организации всей молекулы, количество доменов (четыре), конформационное строение антигенсвязывающего участка, близкие мол. веса.
В структуре молекул II класса антигенсвязывающая полость открыта больше, чем у молекул I класса, поэтому в ней могут поместиться более длинные пептиды.
Важнейшая функция антигенов MHC (HLA) класса II - обеспечение взаимодействия между Т-лимфоцитами и макрофагами в процессе иммунного ответа. Т-хелперы распознают чужеродный антиген лишь после его переработки макрофагами, соединения с антигенами HLA класса II и появления этого комплекса на поверхности макрофага.
Антигены класса II присутствуют на поверхности В-лимфоцитов, активированных Т-лимфоцитов, моноцитов, макрофагов и дендритных клеток.
6. МНС 3 класса
Гены MHC класса III, расположенные в пределах группы генов MHC или тесно сцепленные с ней, контролируют некоторые компоненты комплемента C4 и C2, а также фактор B, находящиеся в плазме крови, и на поверхности некоторых клеток. И в отличие от молекул MHC классаI и класса II не не участвуют в контроле иммунного ответа.
7. МНС иммунобиологические свойства комплекса
Изучение экспрессии молекул I и II классов MHC на различных типах клеток выявило более широкое тканевое распространение молекул I класса в сравнении с молекулами II класса. Если молекулы I класса экспрессируются практически на всех изученных клетках, то молекулы II класса экспрессируются, в основном, на иммунокомпетентных клетках или клетках, принимающих относительно неспецифическое участие в формировании иммунного ответа, таких, как клетки эпителия.
Представительство молекул I класса почти на всех типах клеток коррелирует с доминирующей ролью этих молекул в отторжении аллогенного трансплантата. Молекулы II класса менее активны в процессе тканевого отторжения. Сравнительные данные о степени участия молекул I и II классов MHC в некоторых иммунных реакциях демонстрируют, что некоторые свойства МНС в большей степени связаны с одним из классов, тогда как другие являются характерной особенностью обоих классов.
8. Геномная организация MHC: общая характеристика
Главный комплекс гистосовместимости расположен у человека на 6-й, а у мышей - на 17-й хромосоме и занимает значительный участок ДНК, включающий до 4*106 пар оснований или около 50 генов. Основной особенностью комплекса является значительная полигенность (наличие нескольких неаллельных близкосцепленных генов, белковые продукты которых сходны в структурном отношении и выполняют идентичные функции) и ярковыраженный полиморфизм - присутствие многих аллельных форм одного и того же гена. Все гены комплекса наследуются по кодоминантному типу.
Полигенность и полиморфизм (структурная вариабельность) определяют антигенную индивидуальность особей данного вида.
Все гены MHC делятся на три группы. Каждая группа включает гены, контролирующие синтез полипептидов одного из трех классов MHC (I, II и III). Между молекулами первых двух классов имеются выраженные структурные различия, но при этом по общему плану строения все они однотипны. В то же время между продуктами генов класса III, с одной стороны, и классов I и II, с другой стороны, не найдено никакого функционального или структурного сходства. Группа из более чем 20 генов класса III вообще функционально обособлена - некоторые из этих генов кодируют, например, белки системы комплемента (C4, C2, фактор B) или молекулы, участвующие в процессинге антигена.
Область локализации генов, кодирующих комплекс молекул MHC мыши, обозначается как H-2, для человека - HLA.
Список использованной литературы
1.Воронин Е.С., Петров А.М., Серых М.М., Девришов Д.А. Иммунология - М.: Колос-Пресс. 2002г. 408л.
2. Сочнев А.М., Алексеев Л.П., Тананов А.Т. Антигены системы HLA при различных заболеваниях и трансплантации. - Рига, 1987.
3. Зарецкая Ю. М., Клиническая иммуногенетика. - М.: Медицина. 1983. - 208 с.
4.Ярилин А.А, Основы иммунологии - Медицина, 1999г. 305с.
5. Иммунология. В. Г. Галактионов Издательство: МГУ, 1998г.- 480с.
6. Иммунология. А. Ройт, Дж. Бростофф, Д. Мейл Издательство: Мир 2001г. 592.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
История открытия витамина К, его основные формы, физико-химические свойства, источники и метаболизм. Обмен витамина К в организме, участие в свертывании крови. Профилактическое и лечебное применение витамина К при болезнях печени, желудка и кишечника.
реферат , добавлен 22.05.2013
Механизмы регуляции иммунного ответа и нейроиммунное взаимодействие. Глюкокортикоидные гормоны и иммунологические процессы. Нейропептиды и регуляция иммунного ответа. Регуляция иммунного ответа адренокортикотропным гормоном, тиротропином, соматотропином.
презентация , добавлен 20.04.2015
Изучение особенностей центральной модуляции функций иммунной системы посредством центрально обусловленных изменений уровня различных гормонов в крови. Описание путей и механизмов регуляции иммунного ответа. Гормональная регуляция иммунного ответа.
презентация , добавлен 17.05.2015
Определение понятия иммунного ответа организма. Пути и механизмы регуляции иммунного ответа с помощью нейромедиаторов, нейропептидов и гормонов. Основные клеточные регуляторные системы. Глюкокортикоидные гормоны и иммунологические процессы в организме.
презентация , добавлен 20.05.2015
Основные структуры мозга, регулирующие интенсивность иммунного ответа: заднее и переднее гипоталамическое поле, гиппокамп, ретикулярная формация среднего мозга, ядра шва и миндалины. Регуляция иммунного ответа аргинин-вазопрессином и окситоцином.
презентация , добавлен 06.04.2015
Пути и механизмы регуляции иммунного ответа. Нейроиммунное взаимодействие, его направления и принципы. Регуляция иммунного ответа адренокортикотропным гормоном, тиротропином, соматотропином. Глюкокортикоидные гормоны и иммунологические процессы.
презентация , добавлен 11.03.2015
Особенности и биохимическая основа патогенеза атеросклероза. Взаимоотношение воспаления и атеросклероза, его роль в развитии болезни. Действие на процессы клеточной адаптации вирусов и токсинов, изменение функции генов, деструкция клеточных мембран.
доклад , добавлен 02.12.2010
Понятие иммунного ответа организма, регулирование его интенсивности нейрогуморальным способом. Особенности осуществления модуляции функций иммунной системы. Нервная и гуморальная регуляция иммунного ответа. Механизм нейроиммунного взаимодействия.
презентация , добавлен 13.04.2015
Пути и механизмы регуляции иммунного ответа: доиммунные (проникновение антигена в ткани и сорбция антигена в лимфоидной ткани) и иммунные. Нейропептиды, симпатический и парасимпатический отделы вегетативной нервной системы и регуляция иммунного ответа.
презентация , добавлен 23.12.2014
Первичные и врожденные нарушения нормального иммунного статуса, обусловленные дефектом одного или нескольких механизмов иммунного ответа. Факторы, определяющие неспецифическую резистентность. Действие гормонов, нейромедиаторов и пептидов на клетки.
ГЛАВНЫЙ КОМПЛЕКС ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ (ГКГ), комплекс генов, кодирующих белки, ответственные за представление (презентацию) антигенов (смотри Антигенпредставляющие клетки) Т-лимфоцитам при иммунном ответе. Первоначально продукты этих генов были идентифицированы как антигены, обусловливающие совместимость тканей, что и определило название комплекса (от английского major histocompatibility complex). У человека антигены ГКГ (и сам комплекс) называются HLA (от английского human leukocyte antigens), так как изначально они были обнаружены на лейкоцитах. Комплекс HLA локализуется в 6-й хромосоме и включает более 200 генов, разделённых на 3 класса. Деление на классы обусловлено особенностями структуры кодируемых ими белков и характером вызываемых иммунных процессов. Среди генов первых двух классов имеются так называемые классические гены, для которых характерен чрезвычайно высокий полиморфизм: каждый ген представлен сотнями аллельных форм. К классическим генам ГКГ человека относятся HLA-гены А, В, С (класс I), гены DR, DP и DQ (класс II). Гены ГКГ класса III кодируют белки, не имеющие отношения к гистосовместимости и презентации антигена. Они контролируют образование факторов системы комплемента, некоторых цитокинов, белков теплового шока.
Конечные продукты генов ГКГ представлены гликопротеинами, которые встраиваются в мембрану клеток. Гликопротеины ГКГ класса I присутствуют в клеточных мембранах практически всех ядросодержащих клеток, а гликопротеины класса II - только в антигенпрезентирующих клетках (дендритные клетки, макрофаги, В-лимфоциты, некоторые активированные клетки). В процессе образования гликопротеинов ГКГ класса I в их состав встраиваются образующиеся в ходе протеолиза фрагменты внутриклеточных белков, а в случае класса II - белков межклеточного пространства, поглощаемых клеткой. Среди них могут оказаться компоненты патогенных микроорганизмов. В составе гликопротеинов ГКГ они выносятся на поверхность клетки и распознаются Т-лимфоцитами. Этот процесс называется презентацией антигена: чужеродные антигенные пептиды представляются цитотоксическими Т-клеткам в составе гликопротеинов ГКГ класса I, Т-хелперам - в составе гликопротеинов ГКГ класса II.
Продукты различных аллельных форм генов ГКГ отличаются по сродству к различным пептидам. От того, какие аллели генов ГКГ присутствуют в данном организме, зависит эффективность защиты от того или иного патогена. Она определяется связыванием чужеродных пептидов с гликопротеинами ГКГ класса II, так как их презентация Т-хелперам лежит в основе всех форм иммунного ответа. В связи с этим гены ГКГ класса II рассматриваются в качестве генов иммунного ответа (генов Ir).
В определённых ситуациях иммунный ответ может быть вызван в результате презентации пептидных фрагментов собственных белков организма в составе молекул ГКГ класса II. Следствием этого может быть развитие аутоиммунных процессов, которое, таким образом, также находится под контролем генов ГКГ класса II.
Определение классических генов ГКГ (ДНК-типирование) осуществляется с помощью полимеразной цепной реакции при пересадке органов и тканей (для подбора совместимых пар донор - реципиент), в судебно-медицинской практике (для отрицания отцовства, идентификации преступников и жертв), а также в геногеографических исследованиях (для изучения родственных связей и миграции народов и этносов). Смотри также Иммунитет.
Лит.: Ярилин А. А. Основы иммунологии. М., 1999; Devitt Н. О. Discovering the role of the major histocompatibility complex in the immune response // Annual Review of Immunology. 2000. Vol. 18; Хаитов Р. М., Алексеев Л. П. Физиологическая роль главного комплекса гистосовместимости человека // Иммунология. 2001. №3.
МНС человека имеет акроним HLA (от англ. Human Leukocyte Antigens – антигены лейкоцитов человека). Это связано с тем, что они были впервые обнаружены на лейкоцитах человека в реакциях с сыворотками от многорожавших женщин и больных, получавших многократные гемотрансфузии. Такие сыворотки содержат антилейкоцитарные антитела, которые образуются в ответ на аллоантигены плода или доноров крови.
Комплекс HLA локализован на хромосоме 6, занимая область размером 3-4 6 пар нуклеотидов. Представления о масштабах HLA-генофонда заметно расширились с внедрением моноклональных анти-HLA антител и молекулярно-генетического анализа, т.е. прямого изучения HLA-генов. Согласно имеющимся данным комплекс HLA включает около 800 аллелей, альтернативное наследование которых обеспечивает беспрецедентную мозаику HLA-генотипов. В соответствии с генетической структурой HLA каждый индивид наследует около 20 аллельных генов (см. ниже). Благодаря столь малой выборке (20 из 800) вероятность полного совпадения индивидуальных HLA-генотипов (и, следовательно, HLA-фенотипов) ничтожно мала. Совпадение возможно лишь по отдельным аллелям или их комбинациям. Этим определяется вероятность относительно успешного приживления тканей в аллогенных парах «донор-реципиент».
Лишь малая часть МНС(HLA)-области кодирует антигены гистосовместимости. Кроме них здесь локализовано более 100 генов, которые не имеют отношения к тканевому полиморфизму и иммунологическим функциям молекул МНС. Тем не менее этот участок ДНК продолжают называть главным комплексом гистосовместимости, подчеркивая исторический приоритет и значимость MHC-зависимых реакций.
Дополнительное разнообразие вносит диплоидность соматических клеток, благодаря которой каждая из них содержит по два комплекта МНС-генов, на материнской и отцовской хромосомах. Это означает, что индивид может иметь не более двух аллелей каждого HLA-гена (по одному на материнской и отцовской хромосомах) и, следовательно, не более двух разновидностей каждого HLA-антигена.
Набор генов одной хромосомы, называется гаплотипом (от греч. haplous – единственный). МНС-гаплотипы кодоминантны, т.е. одинаково влияют на фенотип клеток. Это означает, что HLA-фенотип (т.е. полный комплект молекул HLA, экспрессируемых клетками данного организма) является суммарным выражением двух гаплотипов, унаследованных по материнской и отцовской линиям.
МНС(HLA)-фенотип можно определить как уникальную совокупность поверхностных антигенов, по которой клетки одного индивида отличаются от всех остальных особей данного вида животных. Следует понимать принципиальное различие между полиморфизмом молекул МНС и антигенных рецепторов В и Т лимфоцитов (BCR и TCR). В первом случае речь идет об аллотипии, связанной с альтернативным наследованием аллельных генов, циркулирующих в популяциях человека и животных; во втором – об идиотипии, т.е. о структурных вариантах одних и тех молекул, продуцируемых разными клонами клеток. Иными словами, идиотипия отражает гетерогенность молекул на уровне клеточных популяций, возникающую в результате мутаций и рекомбинационных перестроек генетического материала соматических клеток. Аллотипия определяется перетасовкой (рекомбинацией) генов в зародышевых клетках. Она связана с половым процессом и формируется на уровне «организменных» популяций.
Для всех видов животных характерно наличие двух основных классов МНС – МНС-I и МНС-II. При общей стратегии они различаются по генетической, структурной организации, тканевому распределению и функциям.
HLA-I. Молекулы I класса содержатся на поверхности клеток всех типов, кроме эритроцитов и ворсинчатого трофобласта. Они представляют гетеродимеры, состоящие из двух полипептидных цепей - тяжелой (46 кД) и легкой (12 кД) (рис. 1). Из них только тяжелая субъединица (α-цепь) является продуктом главного комплекса гистосовместимости, и именно с ней связаны иммунологические функции молекулы. α-цепь пронизывает плазматическую мембрану и имеет три внеклеточных домена – α1, α2 и α3. Вариабельность молекулы сконцентрирована в α1 и α2 доменах; домен α3 лишен полиморфизма.
Легкая (β) цепь представлена β2-микроглобулином. Это продукт гена, который локализован на хромосоме 15, т.е. не входит в состав комплекса HLA. β2-микроглобулин генетически однороден и напрямую не участвует в реализации функций HLA-I. Его роль сводится к транспорту α-цепи на поверхность клетки (у мутантных мышей, лишенных β2-микроглобулина, молекулы I класса не экспрессируются). β2-микроглобулин не имеет трансмембранного участка, удерживаясь на мембране за счет нековалентной связи с α3-доменом1.
Рис. 1. Структура молекул главного комплекса гистосовместимости (G. Reeves, p. 46).
Молекулы HLA-I представлены тремя наиболее важными подклассами – А (HLA-A), В (HLA-B) и С (HLA-C). Они кодируются одноименными генами, которым соответствует определенная позиция (локус) на хромосоме. По данным молекулярно-генетического анализа общее число аллельных вариантов для генов HLA-1 приближается к 400 (HLA-A – 108, HLA-B – 223, HLA-C – 67). Количество известных HLA-1 антигенов гораздо меньше – около 100 (HLA-A – 28, HLA-B – 61, HLA-C –10)1. Они обозначаются цифрами, которые добавляются к буквенному обозначению подкласса (например, А1, В27, С8).
В генотипе каждого человека имеется шесть генов HLA-I – по три в каждом гаплотипе. При несовпадении материнского и отцовского гаплотипов по генам всех трех локусов (А, В и С) индивид будет иметь наиболее полный HLA-фенотип, т.е. шесть аллотипических вариантов HLA-I (например, А4,14; В2,31; С4,10). Если гаплотипы частично дублируют друг друга, набор молекул HLA-I будет редуцирован (например, А4; В2,44; С6). То же самое справедливо для HLA-II (см. ниже).
Недавно открыты дополнительные локусы HLA-I: E, F и G. Их гены отличаются ограниченным полиморфизмом и необычным тканевым распределением своих продуктов (HLA-E, HLA-F и HLA-G). Функции этих так называемых «неклассических» HLA(МНС)-молекул неизвестны, но они не участвуют в представлении антигенов, по крайней мере «обычных пептидов» (см. ниже).
HLA-II. Молекулы II класса построены из двух нековалентно связанных пептидных цепей примерно одинакового размера – α (35 кД) и β (28 кД). Обе они являются продуктами главного комплекса гистосовместимости и участвуют в реализации его иммунологических функций. Каждая цепь состоит из двух внеклеточных доменов (α1-α2 и β1-β2), которые прочно фиксированы на клетках при помощи трансмембранного участка молекулы (рис. 8). Вариабельные последовательности входят в состав α1 и β1 доменов; α2 и β2 домены не имеют аллотипов.
В отличие от HLA-I, конститутивная (т.е. постоянная) экпрессия молекул II класса ограничена клетками иммунной системы, презентирующими антигены Т-хелперам. Это так называемые профессиональные антигенпредставляющие клетки – дендритные клетки, макрофаги, В-лимфоциты. Появление HLA-II на других клетках указывает на их активацию, т.е. является индуцибельным.
Впрочем, динамичность экспрессии молекул МНС (MHC-I, MHC-II) характерна для всех клеток. Она зависит от функционального состояния клетки, меняясь под влиянием различных стимулов (например, цитокинов). Это однин из механизмов, контролирующих индукцию и реализацию иммуного ответа.
Подобно HLA-I, молекулы HLA-II представлены тремя основными подклассами – DR, DQ и DP. Гены, кодирующие их α- и β-цепи, сконцентрированы в одноименных локусах на 6-й хромосоме. Наиболее полиморфны гены β-цепей: они представлены 367 аллельными вариантами (DR – 249, DQ – 36, DP – 82). Гены α-цепей гораздо однороднее – 36 разновидностей (DR – 3, DQ – 20, DP – 13).
Буква "D" ошибочно продолжает нотацию HLA, начатую локусами А, В и С. Эти обозначения возникли до разделения HLA на классы. Область D оказалась суммой нескольких локусов (DR, DQ, DP) и по сути является синонимом II класса. «Неклассические» молекулы HLA-II включают HLA-DM и HLA-DN. Их функции неизвестны или гипотетичны.
В генотипе каждого человека имеется 12 функционально значимых (т.е. экспрессируемых) генов HLA-II – шесть в каждом гаплотипе (по три гена для α (DRA, DQA, DPA) и β (DRB, DQB, DPB) цепей). В связи с доминированием полиморфизма В(β)-генов в цифровой формуле молекул II класса обычно указываются разновидности только β-цепей (например, R4,8/DQ1,6/DP5).
Функции МНС (HLA)
Отторжение чужеродных тканей, которое происходит в ситуациях, искусственно создаваемых человеком, ничего не говорит о физиологических функциях МНС. С этой точки зрения неудачна и терминология: понятие «главный комплекс гистосовместимости» не отражает природного назначения его продуктов. Это стало очевидным после утверждения центральной позиции МНС в представлении (презентации) антигенов Т-лимфоцитам. Возможно, это не единственное, но, безусловно, главное назначение данной системы.
МНС-зависимое представление антигенов имеет четкую направленность, которая проявляется в том, что молекулы I и II классов обеспечивают альтерантивную презентацию антигенов двум основным категориям Т-клеток – CD8 и CD4. Такая адресность объясняется лиганд-рецепторной комплементарностью в парах CD8 – МHC-I и CD4 – МНС-II. Это обеспечивает избирательное связывание CD8 с МНС-I (a3-домен), а CD4 – с МНС-II (b2-домен). Этим объясняется корецепторная функция молекул CD4 и CD8 в распознавании антигенов Т-лимфоцитами (рис. 2).
Зависимость реакций Т-лимфоцитов от МНС называется рестрикцией (от англ. restriction – ограничение). Говорят, что Т-лимфоциты рестриктированы по МНС, причем CD4 Т-лимфоциты рестриктированы по МНС(HLA)-I, а CD8 – по МНС(HLA)-II.
Рис. 2. Молекулы, принимающие участие в распознавании антигенов Т-лимфоцитами. Т-лимфоциты рестриктированы по МНС, т.е. распознают антигены (точнее продукты их протеолиза), презентируемые молекулами главного комплекса гистосовместимости (МНС) антигенпредставляющих клеток. А: Антигенные пептиды в комплексе с молекулами МНС-I воспринимаются CD8 Т-клетками. CD8 играет роль корецептора, реагируя с консервативным (неполиморфным) участком МНС-I. Взаимодействие в системе TCR-антиген/МНС-I-СD-8 генерирует сигнал, который усиливается и транслируется внутрь клетки при помощи CD3-комплекса. В: Антигенные пептиды, презентируемые молекулами МНС-II, воспринимаются CD4 Т-лимфоцитами. Благодаря комплементарности c МНС-II, СD4 выполняет функцию корецептора, укрепляя контакт между TCR и комплексом антиген/МНС-II. Сигнал транслируется в клетку молекулами костимулирующего CD3-комплекса (D.M. Weir, J. Stewart. Immunology. 8 th ed. Churchill & Levinstone. 1997).
Учитывая универсальность тканевого распространения молекул I класса, следует ожидать, что в представлении антигенов могут участвовать многие типы клеток. Именно так обстоит дело на этапе реализации иммунного ответа, когда любая клетка, презентирующая на своей поверхности “чужие” антигены в комплексе с МНС-I, атакуется цитотоксическими (СD8) Т-лимфоцитами. Активность молекул II класса связана главным образом с профессиональными антигенпредставляющими клетками. Они презентируют антигены Т-хелперам, опираясь на корецепторную активность CD4. Возможность индуцированной экспрессии МНС-II на эндотелиоцитах, эпителиальных и ряде других клеток допускает вероятность «непрофессиональной» MHC-II–презентации антигенов CD4 Т-лимфоцитам. Это возможно на этапе реализации иммунного ответа.
Для индукции иммунного ответа этого недостаточно. Здесь требуется более сложная кооперация антигенпредставляющих клеток и Т-лимфоцитов. Она происходит при участии нескольких пар комплементарных адгезивных молекул и цитокинов на территории лимфоидных тканей, т.е. в зоне, оптимальной для взаимодействия иммунокомпетентных клеток (см. «Индукция иммунного ответа»).
Презентация антигенов молекулами I и II классов происходит по общей схеме. Короткие пептиды (Т-эпитопы), которые образуются из белковых антигенов в результате внутриклеточного протеолиза (процессинг), соединяются с комплементарными молекулами МНС и вместе с ними выносятся на поверхность клетки*.
* Антигенные пептиды, воспринимаемые МНС-I и MHC-II, построены соответственно 9-10 и 12-25 аминокислот. Большинство из них являются внутренними фрагментами молекул, которые обнажаются после протеолиза. Пептидосвязывающий участок молекул МНС представляет собой щель, образуемую комбинацией вариабельных доменов: a1-a2 (MHC-I) и a1-b1 (MHC-II). Аллельные варианты МНС отличаются по конфигурации “пептидной ловушки” и, следовательно, по сродству к различным пептидам.
Принципиальное различие между МНС-I и MHC-II связано с источником (происхождением) представляемых антигенов. Молекулы I класса презентируют антигены, которые образуются внутри собственных клеток – “эндогенные пептиды”. К их числу относятся производные вирусных и опухолевых антигенов. Молекулы II класса воспринимают пептиды экзогенной природы. Они образуются из материала, поступающего в клетки извне, путем эндоцитоза.
Это различие не абсолютно. При гибели клеток синтезированные ими (т.е. эндогенные) антигены могут поглощаться дендроцитами и макрофагами и экспрессироваться в комплексе с MHC-II, как это характерно для экзогенных пептидов. Возможен и альтернативный механизм: переключение потока антигенных пептидов с экзогенного пути (комплексирование с MHC-II) на эндогенный (комплексирование с MHC-I). Такого рода перекрестная презентация содействует развитию полноценных Т-клеточных реакций, нацеленных, в частности, против вирусов, которые не реплицируются в профессиональных антигенпредставляющих клетках.
Повторим, что ассортимент каждого индивида ограничен примерно 20 вариантами аллельных генов и соответственно молекул MHC(HLA). Это несопоставимо с изобилием антигенных пептидов, которые потенциально могут быть представлены Т-лимфоцитам. Отюда следует, что каждая молекула МНС способна презентировать не один, а множество пептидов1. В то же время все пептиды, воспринимаемые однотипным вариантом МНС, имеют элементы структурного сходства, которые обеспечивают фиксацию в “пептидной ловушке” МНС. Это не лишает их антигенной (эпитопной) индивидуальности, так как специфичность Т-эпитопов определяется всего 1-2 аминокислотами.
Вероятность и прочность связывания разных пептидов с одной и той же молекулой МНС неодинакова, отражая степень родства (комплементарности) между пептидом и МНС. Справедливо и обратное: благодаря особенностям конфигурации пептидосвязывающего участка аллельные варианты МНС различаются по набору презентируемых ими пептидов. Здесь сконцентрирована идея о генетическом контроле иммунного ответа в системе МНС. Она сводится к тому, что индивиды с разными МНС(HLA)-фенотипами могут неодинаково (даже альтернативно) реагировать на один и тот же антиген. Это объясняется качеством взаимодействия антигенных пептидов с аллельными вариантами молекул МНС – от выраженной до нулевой аффинности. С этой точки зрения, концепция о генах, контролирующих силу иммунного ответа (Ir-гены, от англ. Immune response), во многом сливается с представлениями о главном комплексе гистосовместимости, прежде всего МНС-II. Это понятно, так как молекулы II класса презентируют антигены Т-хелперам, от активации которых зависят все формы иммунного ответа.
Презентация антигенов – сложный процесс, связанный с участием многих молекул. Для ряда из них возможны аллельные варианты, которые неодинаково влияют на функции МНС и поэтому тоже включаются в генетический контроль за иммунным ответом.
Влияние МНС на реактивность к антигенам наиболее отчетливо проявляется в опытах на линейных (инбредных) животных. Но положительные связи между МНС(HLA)-фенотипом и особенностями иммуного ответа известны и для человека. Так, носители аллелей HLA-DR2 и HLA-DR5 характеризуются склонностью к образованию IgE антител против аллергена пыльцы амброзии. Протективные пептиды вируса гриппа А встраиваются в молекулы В27 и А2; поэтому носители данных аллелей более устойчивы к гриппозной инфекции.
Загадкой остается предрасположенность к ряду болезней у лиц с определенным HLA-фенотипом, т.е. у носителей определенных HLA-I/HLA-II аллелей или их комбинаций. На этот счет имеется несколько гипотез, одна из которых базируется на неодинаковой способности аллотипических вариантов HLA связывать (презентировать) разные пептиды. Яркий пример – анкилозирующий спондилит (болезнь Бехтерева): около 90% больных являются носителями гена В27. Допускают, что молекулы этого аллотипа могут быть рецептором неизвестного вируса или избирательно представлять патогенетически значимые пептиды CD8 T-лимфоцитам.
Интригует и вопрос о причинах, приведших к формированию столь полиморфной системы генов и их продуктов. Согласно наиболее популярной версии главный комплекс гистосовместимости эволюционировал как механизм, обеспечивающий распознавание достаточно большого количества антигенов для оптимальной защиты каждого вида животных от инфекционных агентов. Бесконечное многообразие МНС-генотипов гарантирует полноценность антигенраспознающего потенциала иммунной системы на уровне популяции. В то же время каждый из ее отдельных представителей, обладая малой выборкой из общего числа аллельных МНС-генов, ограничен более узким набором антигенпрезентирующих молекул. Иными словами, индивидуализация МНС влияет на спектр воспринимаемых антигенов и, следовательно, на качество иммунитета против экзогенной агрессии. Неадекватные аллели и их комбинации выбраковываются естественным отбором.
Не исключено, что специфика МНС оказывает влияние и на другие проявления биологической индивидуальности. Непонятной (но, вряд ли, случайной) является экспрессия на поверхности клеток аутологичных (собственных) пептидов в комплексе с МНС-I. Более того, на долю чужих антигенов приходится ничтожная часть пептидов, встраиваемых в молекулы I класса. Возможно, за этим скрыт механизм, поддерживающий иммунологическую толерантность к собственным тканям, но смысл может быть и другим. Замечено, например, что МНС-генотип влияет на сексуальное поведение животных. При спаривании мыши отдают предпочтение партнерам гетерологичных линий, т.е. особям с другим МНС-генотипом. Поразительно, но речь скорее всего идет о способности дифференцировать структурные особенности МНС по запаху, т.е. продукты МНС-аллельных генов играют роль феромонов. В этом есть логика. Она нацелена на повышение генетического полиморфизма популяции.
Естественно, для человека это невозможно. Но утеряв функцию выбора сексуального партнера, HLA-система «пытается» защитить его от появления HLA-гомозигот. Было проведено сопоставление совместимых по антигенам HLA классов I и II супругов в группе с нормально протекающей беременностью и в группе с беременностью, неоднократно прерывавшейся спонтанным абортом. Оказалось, что в группе с физиологически протекающей беременностью более чем в половине случаев муж и жена были полностью несовместимы по HLA-II. Количество HLA-совместимых пар по антигенам класса I составило около 2%. Напротив, в группе женщин с привычной невынашиваемостью только 26% супружеских пар оказались несовеместимыми по антигенам HLA-I; совместимость по антигенам класса II наблюдалась более чем в половине случаев (цит. Р.М.Хаитов, Л.П.Алексеев. Физиологическая роль главного комплекса гистосовместимости человека. Иммунология, 2001, № 3, С. 4-12).
1От англ. B С ell R eceptor.
2 Мембраносвязанная и секреторная формы иммуноглобулинов образуются благодаря альтернативному сплайсингу первичного ДНК-транскрипта (мРНК). Секреторная форма лишена трансмембранного фрагмента, необходимого для закрепления молекулы на клеточной мембране.
3 На определенных этапах «доантигенной» дифференцировки В-лимфоциты содержат mIgD. Его участие в индукции иммунного ответа остается неясным. В отличие от IgM, лишь ничтожная часть IgD cекретируется в среду.
4 mIg вместе с CD79a и CD79b образует рецепторный комплекс В-лимфоцитов (BCR-комплекс).
1От англ. T С ell R eceptor.
1 Вместе с TCR компоненты CD3 образуют рецепторный комплекс Т-лимфоцитов (TCR-
комплекс). Цепи TCR экспрессируются на клеточной мембране только в сочетании с CD3.
1 Средняя вероятность полной MHC(HLA)-идентичности двух произвольно взятых людей приближается к 1 на 1 000 000 (цит. Р.М.Хаитов, Л.П.Алексеев. Физиологическая роль главного комплекса гистосовместимости человека. Иммунология, 2001, № 3, С. 4-12).
1β2-микроглобулин легко сбрасывается с клетки, и его определение в крови и моче использует
ся в диагностике некоторых (прежде всего гематологических) заболеваний.
1Цит. Р.М. Хаитов и соавт. Достижения иммуногенетики – медицине. Иммунология, 1999, № 1, с. 10-17
1 Речь идет не об одновременной презентации, а о потенциальной способности связывать разные
антигенные пептиды.
Оглавление темы "Факторы неспецифической резистентности организма. Интерферон (ифн). Иммунная система. Клетки иммунной системы.":Иммунная система. Индуцибельные факторы защиты организма (иммунная система). Главный комплекс гистосовместимости (МНС первого и второго класса). Гены MHC I и MHC II.
Иммунная система - совокупность органов, тканей и клеток, обеспечивающих структурное и генетическое постоянство клеток организма; образует вторую линию защиты организма. Функции первого барьера на пути чужеродных агентов выполняют кожа и слизистые оболочки, жирные кислоты (входящие в состав секрета сальных желёз кожи) и высокая кислотность желудочного сока, нормальная микрофлора организма, а также клетки, выполняющие функции неспецифической защиты от инфекционных агентов.
Иммунная система способна распознавать миллионы разнообразных веществ, выявлять тонкие различия даже между близкими по структуре молекулами. Оптимальное функционирование системы обеспечивают тонкие механизмы взаимодействия лимфоидных клеток и макрофагов, осуществляемые при прямых контактах и с участием растворимых посредников (медиаторов иммунной системы). Система обладает иммунной памятью , сохраняя информацию о предыдущих антигенных воздействиях. Принципы поддержания структурного постоянства организма («антигенной чистоты») основаны на распознавании «своего-чужого».
Для этого на поверхности клеток организма имеются гликопротеиновые рецепторы (Аг), составляющие главный комплекс гистосовместимости - МНС [от англ. major histocompatibility complex ]. При нарушении структуры этих Аг, то есть изменении «своего» иммунная система расценивает их как «чужое».
Спектр молекул МНС уникален для каждого организма и определяет его биологическую индивидуальность; это и позволяет отличать «своё» (гистосовместимое ) от «чужого» (несовместимого). Выделяют гены и Аг двух основных классов МНС .
Главный комплекс гистосовместимости (МНС первого и второго класса). Гены MHC I и MHC II.
Молекулы I и II классов контролируют иммунный ответ. Они сочетанно распознаются поверхностными дифференцировочными CD-Ar клеток-мишеней и участвуют в реакциях клеточной цитотоксичности, осуществляемой цитотоксическими Т-лимфоцитами (ЦТЛ).
Гены MHC I класса определяют тканевые Аг; Аг класса МНС I представлены на поверхности всех ядросодержащих клеток.
Гены MHC II класса контролируют ответ к тимусзависимым Аг; Аг класса II экспрессируются преимущественно на мембранах иммунокомпетентных клеток, включая макрофаги, моноциты, В-лимфоциты и активированные Т-клетки.
