Главный комплекс гистосовместимости. Главный комплекс гистосовместимости (HLA): структура, гены
Методом хромосомной гибридизации установлено, что система МНС локализуется на коротком плече 6 аутосомной хромосомы человека, а у мышей – на 17 хромосоме.
Рис. 1. Схематическое изображение хромосомы 6.
Главный комплекс гистосовместимости 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) (рис. 3.5). 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 .
HLA-A , HLA-B и HLA-С - локусы хромосомы, гены которых контролируют синтез "классических" молекул (антигенов) I класса MHC человека и кодируют тяжелую цепь (альфа-цепь). Область этих локусов занимает участок длиной более 1500 т.п.н.
Синтез молекул (антигенов) II класса MHC человека контролируют гены области HLA-D , которые кодируют не менее шести вариантов альфа- и десяти вариантов бета-цепей (рис.3.5). Эти гены занимают три локуса HLA-DP , HLA-DQ и HLA-DR . К продуктам их экспрессии относится большинство молекул II класса.
Кроме того, к области HLA-D относятся гены HLA-LMP и HLA-TAP . Низкомолекулярные белки, контролируемые этими генами, принимают участие в подготовке чужеродного антигена к презентации Т-клеткам.
Гены локусов человека HLA-A , HLA-B и HLA-С кодируют тяжелую цепь (альфа-цепь) "классических" молекул I класса MHC. Кроме того, найдены многочисленные дополнительные гены вне этих локусов, кодирующие "неклассические" молекулы MHC класса I и расположенные в таких локусах HLA , как HLA-X HLA-F, HLA-E, HLA-J, HLA-H, HLA-G, HLA-F.
Молекулы главного комплекса гистосовместимости.
Методами рентгеноструктурного анализа выяснена пространственная организация молекул MHC:
Молекулы MHC класса I (аллельные варианты HLA: HLA-A , HLA-B , HLA-С) экспрессируются на клеточной поверхности и представляют собой гетеродимер, состоящий из одной тяжелой альфа-цепи (45 кДа), нековалентно связанной с однодоменным бета2-микроглобулином (12 кДа), 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.
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.
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.
Гены MHC класса II кодируют связанные с мембраной трансмембранные пептиды (гликопротеины). Молекулы антигенов гистосовместимости класса II (DR , DP , DQ) также как и класса I являются гетеродимерными белками, состоящими из тяжелой альфа-цепи (33 кДа) и легкой бета-цепи (26 кДа), кодируемые генами HLA -комплекса. Обе цепи формируют по два домена: альфа1 и альфа2, а также бета1 и бета2.
Продукты MHC класса II ассоциированы, главным образом, с B- лимфоцитами и макрофагами и служат распознаваемыми структурами для T- хелперов.
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 скорее в плазме крови, чем на поверхности клеток. И в отличие от молекул MHC классаI и класса II не не участвуют в контроле иммунного ответа.
Термин MHC класса IV употребляется для описания некоторых локусов, сцепленных с MHC.
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.
В табл. 1 представлены данные о характере тканевого распределения молекул МНС у мышей и человека.
табл. 1 Тканевое распределение молекул I и II классов МНС у мышей и человека
|
Тип клеток |
Н-2 коплекс мышей |
HLA комплекс человека |
||
|
Класс I |
Класс II |
Класс I |
Класс II |
|
|
Тимоциты | ||||
|
Макрофаги | ||||
|
Гранулоциты | ||||
|
Ретикулоциты | ||||
|
Эритроциты | ||||
|
Тромбоциты | ||||
|
Фибробласты | ||||
|
Эпителиальные клетки | ||||
|
Эпидермальные клетки | ||||
|
Сердечная мышца | ||||
|
Скелетная мышца | ||||
|
Плацента | ||||
|
Сперматозоиды | ||||
|
Яйцеклетки | ||||
|
Трофобласт | ||||
|
Бластоциты | ||||
|
Эмбриональная ткань | ||||
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(табл. 2)
Табл. 2 Участие молекул I и II классов МНС в некоторых иммунных реакциях
ГОУ ВПО Тверская ГМА Минздрава России Кафедра клинической иммунологии с аллергологией
ГЛАВНЫЙ КОМПЛЕКС ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ
Учебно-методическое пособие по общей иммунологии. Тверь 2008.
Продукты |
|||||||||||||||
Учебно-методическая разработка для практических занятий по общей иммунологии для студентов 5 курса лечебного и педиатрического факультетов, а также для клинических ординаторов и врачей, интересующихся вопросами иммунологии.
Составлена доцентом Ю.И.Будчановым.
Заведующий кафедрой, профессор А.А.Михайленко Методическая рекомендация утверждена на цикловой методической комиссии ТГМА п
© Будчанов Ю.И. 2008 гг.
Мотивация Иммуногенетика – новый, важный раздел иммунологии. Знание системы гистосовместимости
необходимо не только в трансплантологии, но и в понимании регуляции иммунного ответа, так и взаимодействия клеток при иммунном ответе. Определение HLA-антигенов используется в судебной медицине, популяционно-генетических исследованиях и в изучении гене предрасположенности к заболеваниям.
1. Студент должен знать: А. Строение HLA-системы человека.
Б. HLA антигены I, II классов и их роль в межклеточных взаимодействиях. В. Понятия генотипа, фенотипа, гаплотипа.
Г. Значение HLAтипирования в медицине.
Д. Взаимосвязь HLA-антигенов и ряда заболеваний человека. 2. Студент должен уметь:
Применить полученные знания по иммуногенетике в клинической практике.
Вопросы для самоподготовки по теме занятия:
1. Понятие о генах и антигенах гистосовместимости. HLA система человека. Номенклатура, генная организация (гены классов I, II,III).
2. Антигены классов I и III, их роль в межклеточных взаимодействиях, в представлении антигена Т-лимфоцитам, в феномене двойного распознавания.
3. Понятие HLA фенотипа, генотипа, гаплотипа. Особенности наследования.
4. Методы исследования и типированияHLA системы: серологические, клеточноопосредованные, генные (полимеразная цепная реакция, зонды ДНК).
5. Практические аспекты типированияHLA антигенов. HLA в популяциях, биологическое значение.
6. HLA и заболевания человека, механизмы ассоциации.
ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ
1. Хаитов Р.М., Игнатьева Г.А., Сидорович И.Г. Иммунология. Норма и патология. Учебник. – 3-е
изд., М., Медицина, 2010. – 752 с. – [ с.241 - 263 ].
2. Хаитов Р.М. Иммунология: учебник для студентов медицинских вузов. – М.: ГЕОТАР-Медиа, 2006. – 320с. – [с. 95 – 102].
3. Белозеров Е.С. Клиническая иммунология и аллергология. А-Ата., 1992, с. 31-34.
4. Зарецкая Ю.М. Клиническая иммуногенетика. М., 1983.
5. Методическая разработка. 6. Лекция.
Дополнительная литература
Коненков В.И. Медицинская и экологическая иммуногенетика. Новосибирск, 1999 г. Ярилин А.А. Основы иммунологии. М., 1999, с. 213-226.
Алексеев Л.П., Хаитов Р.М. HLA и медицина. Сб. Современные проблемы аллергологии, иммунологии и иммунофармакологии. М., 2001, с. 240-260.
СМОЖЕТЕ ЛИ ВЫ ОТВЕТИТЬ?
(Впишите дома . Самоконтроль позволит выявить трудные вопросы для обсуждения. На занятии Вы проверите правильность ответов, дополните их. Постарайтесь самостоятельно найти ответы и покажите, что Вам это по силам.)
1. В какой паре хромосом локализуется главный комплекс гистосовместимости у человека? …………… .
2. На клетках каких органов и тканей содержатся трансплантационные? …………антигены
……………………………………………………………………………….……………………. .
3. Что обозначает сокращениеHLA? ………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………… .
4. На каких клетках не обнаруживаются антигены системыHLA? ……………………….…
…………………………………………………………………………………………. .
5. Из каких локусов, сублокусов состоит ГКГС: I класс ……..……… II класс ………………………………
III класс …………………………………….. .
6. Продукты генов какого класса ГКГС не экспрессируются на мембране клеток? ……………………… .
7. Какие клетки необходимо выделить для выявления HLA II класса? ………………..…………………… .
8. Какими методами выявляютHLA антигены? ……………………………………………………………
………………………………………………………………………………………….. .
9. У типируемого пациента выявлено6 возможных антигенов HLA-A, HLA-B, HLA-C. Как называется такая ситуация? …………………………… .
10. Какой антиген гистосовместимости часто встречается у больных с анкилозирующим спондилитом?
…………………….. .
11. Какие гены входят HLAв класса III? ………………………………..……………………………
…………………………………………………………………………………………… .
12. Из каких цепей состоят антигены HLA класса I? ………………….
13. Из каких цепей состоят антигены HLA класса II? …………………
14. Цитотоксический лимфоцит (CD8) распознает чужеродный пептид в комплексе сHLA какого класса?
…………………………. .
15. Th (CD4+) распознает чужеродный антиген презентированный дендритной клеткой или макрофагом в комплексе с HLA какого класса? …..………
Каковы возможные комбинации эритроцитарных антигенов у ребенка, если изоантигенный состав
эритроцитов |
|||
Отца: AO, NM, ss, dd, Cc, Ee , |
а матери: AB, MM, SS, DD, Cc, EE . |
||
Выберите правильный ответ. |
|||
AO, MN, Ss, DD, CC, EE |
|||
AA, MM, Ss, Dd, cc, ee |
|||
OO, NN, Ss, Dd, CC, Ee |
|||
AB, MN, Ss, Dd, cc, EE |
|||
AO, NN, Ss, Dd, Cc, EE |
|||
AB, MM, SS, Dd, cc, Ee |
|||
Напишите еще один правильный вариант ответа___, ___, ___, ___, ___, ___. |
А больше можете? |
||
Сколько? …………. . |
|||
Справочные и теоретические материалы
Главный комплекс гистосовместимости - ГКГС (англ. МНС – Major Histocompatibility Complex) представляет собой систему генов, контролирующих синтез антигенов, которые определяют гистосовместимость тканей при пересадках органов и индуцируют реакции, вызывающие отторжение трансплантатов. Поверхностные структуры цитомембраны клеток, индуцирующие реакции
отторжения, получили название антигенов гистосовместимости , а кодирующие их гены были названы генами гистосовместимости – Н-генами (Histocompatibility). Открытие антигенов гистосовместимости послужило основой развития трансплантационной иммунологии.
В последующем было доказано, что главный комплекс гистосовместимости является
основной генетической системой, определяющей функционирование иммунной системыи,
прежде всего Т-системы иммунитета. ГКГС регулирует иммунный отв ,еткодирует способност ь распознавать «своё» и «чужое», отторгать чужеродные клетки, способность синтезировать ряд
Совсем не обнаруживаются классические антигены системыHLA в жировой ткани и на эритроцитах, а так же на нейронах и клетках трофобласта.
СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ ГЕНОВ СИСТЕМЫ HLA |
||||||
НА 6 ХРОМОСОМЕ |
||||||
DP LMP TAP DQ DR |
C2 Bf C4b C4a TNF |
|||||
У человека главная система гистосовместимости получила названиеHLA-система (Human Leukocyte Antigens). Это система генов, контролирующих синтез антигенов гистосовместимости. Она состоит из трех регионов расположенных на коротком плече6-й хромосомы. Эти регионы носят название: класс 1, класс 2, класс 3 (класс I, класс II, класс III).В состав региона входят гены или локусы. В названии каждогоHLA-гена присутствует буквенное обозначение локуса(А, В, С) и порядковый номер, например: HLA-A3, HLA-B27, HLA-C2 и т.д. Одноименное обозначение имеют и антигены, кодируемые геном . В локусе D выявлено 3 сублокуса (DP, DQ, DR). (Смотри схему расположенную выше). В утвержденном ВОЗ списке насчитывается138 антигенов HLA. (Однако использование ДНК-типирования, т.е. возможности изучать сами гены, привело к выявлению буквально в последние годы более 2000 аллелей).
К I классу относятся HLA - А, -В и -С локусы. Эти три локуса главного комплекса гистосовместимости человека контролируют синтез трансплантационных антигенов, которые можно определить серологическими методами(CD – Serological Determined). Молекулы антигенов HLA I класса состоят из 2 субъединиц: α- и β- цепей (смотри рисунок). Тяжелая или α-цепь состоит из 3 внеклеточных фрагментов – доменов α1, α2, и α3 (экстрацеллюлярные домены), небольшого участка принадлежащего клеточной мембране(трансмембранный участок) и внутриклеточный фрагмент (цитоплазматический участок). Легкая цепь – β2 -микроглобулин, нековалентно связана с α-цепью, а с мембраной клетки не связана.
Домены α1 и α2 образуют углубление, в котором может располагаться пептид(участок антигена) длиной 8-10 аминокислот. Это углубление называют пептидсвязывающий клефт (от англ cleft).
(К новым антигенам HLA класса I открытым недавно относятся антигены MIC и HLA-G. О них мало что известно в настоящее время. Необходимо отметить HLA-G, который называют неклассическими, выявлен только
на поверхности клеток трофобласта и он обеспечивает иммунологическую толерантность матери к антигенам плода.)
Регион класса 2 (D-регион) системы HLA состоит из 3 сублокусов: DR, DQ, DP, кодирующих трансплантационные антигены. Эти антигены относят к разряду антигенов выявляемых клеточноопосредованными методами, а именно реакцией смешанной культуры лимфоцитов(англ. mixed lymphocyte culture – MLC). В последнее время выделены ещё локусы HLA-DM, -DN , а также гены ТАР и LMP (не экспрессированы на клетках). Классическими являются DP, DQ, DR .
Красным цветом показан презентируемый пептид
Недавно были получены антитела, с помощью которых удается идентифицировать антигены DR и DQ. Поэтому антигены второго класса в настоящее время определяются не только клеточноопосредованными методами, но и серологически, так же как и антигены HLA 1 класса.
Молекулы HLA 2-го класса представляют собой гетеродимерные гликопротеиды, состоящие из двух разных цепей α и β(смотри рисунок). Каждая цепь содержит по 2 внеклеточных домена α1 и β1 на N-терминальном конце, α2 и β2 (ближе к мембране клетки). Имеются ещё трансмембранный и цитоплазматический участки. α1 и β1домены формируют углубление, которое может связывать пептиды длиной до 30 аминокислотных остатков.
Белки МНС-II экспрессированы не на всех клетках. HLA молекулы II класса в большом количестве присутствуют на дендритных клетках, макрофагах и В-лимфоцитах, т.е. на тех клетках, которые взаимодействуют с Т-лимфоцитами-хелперами во время иммунной реакции, с помощью
HLA молекул II класса |
Т-лимфоциты |
||||||||||||
значительного количества |
антигенов2-го класса, но при стимуляции митогенами, ИЛ-2 |
||||||||||||
начинают экспрессировать молекулы HLA 2-го класса. |
|||||||||||||
Необходимо |
отметить, |
все 3 вида интерферонов |
значительно усиливают |
экспрессию |
|||||||||
молекул HLA 1-го |
на клеточной мембране различных клеток. Так |
γ-интерферон в |
|||||||||||
значительной мере усиливает экспрессию молекул 1-го класса на Т- и В-лимфоцитах, но коме того на клетках злокачественных опухолей (нейробластом и меланом).
Иногда обнаруживается врожденное нарушение экспрессии молекулHLA 1-го или 2-го классов, что приводит к развитию«синдрома голых лимфоцито в». Больные с такими нарушениями страдают недостаточностью иммунитета и зачастую погибают в детском возрасте.
Регион III класса содержит гены, продукты которых непосредственно вовлечены в иммунную реакцию. Он включает структурные гены для компонентов комплемента С2 и С4, Bf (пропердиновый фактор) и гены фактора некроза опухолей– ФНО (TNF). Сюда входят гены, кодирующие синтез 21гидроксилазы. Таким образом, продукты HLA-генов 3 класса не экспрессированы на клеточной мембране , а они находятся в свободном состоянии.
HLA-антигенный состав тканей человека определяют аллельные, геныотносящиеся к каждому из локусов, т.е. на одной хромосоме может быть только по одному гену каждого локуса.
В соответствии с основными генетическими закономерностями каждый индивидуум является носителем не более двух аллелей каждого из локусо ви сублокусов (по одному на каждой из парных аутосомных хромосом). В гаплотипе (набор аллелей на одной хромосоме) присутствует по одному аллелю каждого из сублокусовHLA. При этом, если индивид гетерозиготе н по всем аллелямHLAкомплекса, у него при типировании(A, B, C, DR, DQ, DP – сублокусов) выявляется не более двенадцати HLA антигенов. Если индивид гомозиготен по некоторым антигенам, у него выявляется меньшее число антигенов, однако это число не может быть меньше 6.
Если у типируемого субъекта выявлено максимально возможное количество антигеновHLA, это получило название «full house» («полный дом» антигенов).
Наследование HLA-генов происходит по кодоминантному типу, при котором у потомства в
Наиболее богаты антигенамиHLA – лимфоциты. Поэтому выявление этих антигенов проводится именно на лимфоцитах. (Вспомните, как выделить из периферической крови лимфоциты).
Молекулы антигенов HLA-A, -B, -C составляют около 1% белков поверхности лимфоцитов, что примерно равно 7 тыс. молекул.
Одним из наиболее значимых достижений в иммунологии явилось обнаружение центральной роли, которую играет МНС млекопитающих и человека в регуляции иммунного ответа. В строго контролируемых экспериментах было показано, что один и тот же антиген вызывает иммунный ответ разной высоты у организмов с разным генотипом,инаоборот, один и тот же организм может быть реактивным в различной степени по отношению к разным антигенам. Гены контролирующие такой высокоспецифичный иммунный ответ, названы Ir-генами (Immune response genes). Они локализованы в области 2-класса системы HLA человека. Ir-генный контроль реализуется через -Т систему лимфоцитов.
Центральным |
клеточного |
взаимодействия |
иммунном |
отявляетсяете |
|||||||
взаимодействие |
молекулами HLA, |
экспрессированными |
поверхности |
||||||||
антигенпредставляющих клеток, |
представляющих |
для распознавания |
чужеродный |
антигенный |
|||||||
пептид, и антиген-распознающим рецептором – TCR (T-cell receptor) |
на поверхности Т-лимфоцита |
||||||||||
хелпера. При |
одновременно |
распознаванием |
чужеродного |
происходит |
|||||||
распознавание собственных HLA антигенов.
Т-лимфоцит хелпер (CD4+) распознает чужеродный антиген лишь в комплексе поверхностными молекулами ГКГС 2 класса антигенпредставляющих клеток.
Цитотоксические лимфоциты (Т-эффекторы, CD8+) распознают антиген,
например вирусной природы, в комплексе с молекулой HLA I класса клетки мишени. Экзогенные антигены представляются молекулами HLA II класса,
эндогенные – молекулами I класса.
(Таким образом, процесс распознавания чужеродного огранич(е сриктирован) собственными HLA-антигенами. Это и есть концепция «двойного распознавания» или «распознавания измененного своего».)
Важная роль системыHLA состоит также в том, что она контролирует синтез факторов комплемента, вовлекаемых как в классический(С2 и С4), так и альтернативный (Bf) пути активации комлемента. Генетически обусловленный дефицит этих компонентов комплемента, может вызвать предрасположенность к инфекционным и аутоиммунным заболеваниям.
Практическое значение HLA-типирования. Высокий полиморфизм делает системуHLA великолепным маркером в популяционно-генетических исследованиях и изучении генетической предрасположенности к заболеваниям, но в то же время создает проблемы в подборе пар донор– реципиент при трансплантации органов и тканей.
Популяционные исследования, проведенные во многих странах мира, выявили характерные различия в распределении HLAантигенов в разных популяциях. Особенности распределения HLA-
антигенов используются в генетических исследованиях для изучения структуры, происхождения и эволюции различных популяций. Например, грузинская популяция, относящаяся к южным европеоидам, имеет сходные черты HLA-генетического профиля с греческой, болгарской, испанской популяциями, указывающими на общность их происхождения.
Типирование HLA-антигенов широко используется в судебно-медицинской практике для исключения или установления отцовства, родства.
Обратите внимание на связь некоторых заболеваний с наличием в генотипе того или иного HLA-антигена. Это связано с тем, что HLA широко используется для изучения генетических основ предрасположенности к заболеваниям . Если раньше не предполагалось, например, что заболевание рассеянным склерозом имеет наследственную основу, то в настоящее время благодаря изучению связи с системойHLA факт наследственной предрасположенности твердо установлен. Используя
системойHLA, для некоторых заболеваний определен также и способ наследования. |
||||||||
Например, |
анкилозирующий |
спондилит |
аутосомно-доминантный |
наследования, |
||||
гемохроматоз и врожденная адреналовая гиперплазия– аутосомно-рецессивный. Благодаря очень |
||||||||
ассоциации |
анкилозирующего |
спондилита |
антигеномHLA-B27, HLA-типирование |
|||||
используется в диагностике ранних и неясных случаев этого заболевания. Выявлены генетические маркеры инсулинзависимого сахарного диабета.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА
Определение HLA антигенов «у доноров»
Типирование тканевых антигенов производят при помощи набора сывороток, состоящего из 50 и более антилейкоцитарных сывороток (сыворотки многорожавших женщин, дающие от 10 до 80% положительных реакций с лейкоцитами плода, или сыворотки добровольцев, иммунизированных
человеческими |
лейкоцитами, содержащими |
определенные SD-антигены. |
Сыворотки |
|||||||
многорожавших женщин, в результате естественной иммунизацииHLA-антигенами мужа во время |
||||||||||
беременности, содержат в ряде случаев антитела к HLA в достаточно высоком титре.). |
||||||||||
Серологически |
антигены |
гистосовместимости |
определяют |
|||||||
лимфоцитотоксического |
теста (англ. |
lymphocytotoxicity test). |
называют |
|||||||
микро лимфоцитотоксическим |
использования |
постановке |
микрообъем |
|||||||
ингредиентов. |
||||||||||
Принцип его основан на взаимодействииHLA-молекул на поверхности лимфоцитов обследуемого человека со специфическими анти-HLA-антителами и комплементом, что приводит к гибели клеток. Гибель клеток определяется при обычном световом микроскопировании после окрашивания витальными красителями.
Суспензии лимфоцитов смешивают с антисывороткой к определенному антигену(HLA-B8, HLA-B27 и т.д.), инкубируют 1 час при 25 С, добавляют комплемент и инкубирует вновь 2ч при 37 С, а затем добавляют трипановый синий или эозин. В случае присутствия в лимфоцитах антигена, соответствующего антителам, содержащимся в сыворотке, антитела в присутствии комплемента повреждают мембрану лейкоцитов, краска проникает в их цитоплазму и они окрашиваются в синий или же в красный цвет (если использовался эозин).
Какие клетки будут окрашены при HLA-типировании?
На основании результатов типирования устанавливают степень совместимости донора и реципиента и возможность трансплантации органа или ткани между ними. Донор и реципиент должны быть совместимы по эритроцитарным антигенам АВО иRh, по лейкоцитарным антигенам системы HLA. Однако на практике трудно бывает подобрать полностью совместимых донора и реципиента. Селекция сводится к подбору наиболее подходящего доно. Трансплантация возможна при
несовместимости по одному из антигеновHLA, но на фоне значительной иммуносупрессии. Подбор оптимального соотношения антигенов гистосовместимости между донором и реципиент значительно продлевает жизнь трансплантата.
На занятии будут продемонстрированы планшеты HLAдля типирования лейкоцитов. Вспомните, как получить чистую суспензию лимфоцитов из клеток периферической крови. Подумайте, как защитить содержимое лунок от высыхания в процессе постановки реакции? Как получаются сыворотки для HLA типирования?
В настоящее время могут использоваться для типирования комплемент фиксирующие моноклональные антитела (МАТ). Они используются как в микролимфоцитотоксическом тесте, так и в реакции иммунофлуоресценции. Учет реакции возможен как люминисцентной микроскопией, так и с помощью проточного цитофлуориметра.
современный метод |
определенияHLA-генов ДНК-типирование . Он |
|||||
основан на различных вариантах полимеразной цепной реакции (ПЦР) и молекулярной гибридизации. |
||||||
этих методов |
заключается в |
накоплении необходимого |
анализа значительног |
|||
количества |
её полимеризации и в использовании, комплементарныхзондов |
|||||
анализируемым участкам ДНК. Причем одним из преимуществ ДНК-типирования является то, что не |
||||||
требуется наличия жизнеспособных лимфоцитов, а используется ДНК любых клеток. А ведь |
||||||
ДНК может храниться годами и десятилетиями. Для реакции необходимы, |
дорогостоящие |
|||||
олигонуклеотидные зонды, праймеры.
Применение молекулярно-генетического метода – ДНК-типирования, позволило значительно расширить представление о полиморфизме ранее известных генетических локусов системы HLA-A, B, C, DR,DQ, DP. Кроме того, открыты новые гены, в частности TAP, DM, LMP и другие. Открыты гены HLA класса I - E, F, G, H, но функция их продуктов пока неясна. На декабрь 1998 г. число идентифицированных аллелей генов HLA-комплекса составило 942. А на 31 декабря 2000 года было выявлено молекулярно-генетическим ДНК-типированием 1349 аллелей и их обнаружение продолжает расти.
НОВАЯ НОМЕНКЛАТУРА HLA . Как уже отмечалось, молекулы HLA 1 класса состоят из α- и β-цепей. Причем полиморфной является только α-це .пьАллельные варианты кодирующих генов получили в новой номенклатуре четырехзначное наименование (например, HLA-A0201 вместо ранее применяемого обозначения HLA-A2 , причем методами молекулярной биологии установлено12 (!) новых субтипов этого антигена (новых аллельных вариантов), получивших наименование А0201, А0202, А0203, … до А0212). У HLA-B27 установлено 9 аллельных вариантов специфичности и только часть из них ассоциирована с анкилозирующим спондилитом(это, естественно, повышает их прогностическую ценность).
Эффективность трансплантации аллогенных почек(по результатам годовой выживаемости в центрах трансплантологии, перешедших на селекцию доноров на основе молекулярно-генетического
координационного центра органного донорства и институтом Иммунологии.
Ещё более впечатляющие данные, полученные за последние2-3 года в ходе проведения национальных (в первую очередь в США) и международных программ по пересадке аллогенного, «неродственного» костного мозга. Благодаря переходу селекции пар донор-реципиент на -ДНК типирование и созданию банкаHLA-генотипированных доноров, включающего 1,5 млн. человек, годовую выживаемость пересаженного костного мозга удалось повысить 10с -20% до 70-80% (!). В свою очередь это привело к тому, что число трансплантаций костного мозга от неродственных доноров в США (где в настоящее время насчитывается наибольшее число генотипированных доноров и реципиентов) за период с 1993 по 1997 г. возросло более чем в 8 раз. Ошеломляющий
эффект от пересадок неродственного костного мозга достигнут исключительно за счет подбора полностью HLA совместимых пар донор-реципиент ДНК-типированием.
Ниже приводится выдержка из книги академика Р.В.Петрова«Я или не я: Иммунологические мобили». М., 1983. - 272 с.
«…Получая в 1930 году Нобелевскую премию, в своей торжественной лекции по этому поводу Карл Ландштейнер говорил, что открытие всё новых антигенов в клетках человеческих тканей будет
теоретический интерес. Оно нашло в числе других практических применений судебно-медицинское применение.
Представьте себе такую ситуацию: необходимо определить принадлежность пятна крови. Чья эта кровь – человека или животного? Нет необходимости объяснять, что такая ситуация чаще всего имеет отношение к криминалистике. И решение задачи зачастую становится ответом на главнейшие вопросы следствия. Ответить не него можно только с помощью иммунных сывороток. Ни по каким
другим показателям различить кровь человека и, например, собаки невозможно. Микроскопические или биохимические методы исследования бессильны.
Судебные медики имеют в арсенале своих средств набор иммунных сывороток различной специфичности: против белков человека, лошади, курицы, собаки, коровы, кошки и т.д. Исследуемое пятно смывают, а затем ставят реакции преципитации. При этом используют весь набор иммунных сывороток. Какая сыворотка вызовет преципитацию, тому виду животного или человеку принадлежит кровь исследуемого пятна.
Допустим, судебный эксперт заключает: «Нож испачкан кровью человека». А подозреваемый в убийстве говорит: «Да. Но это моя кровь. Не так давно этим ножом я порезал свой палец». Тогда экспертиза продолжается. На столе криминалистов появляются антисыворотки против групп крови и к HLA-антигенам. И иммунология снова дает точный ответ: кровь относится к группе АВ, содержит фактор М, резус-отрицательный, антигены гистосовместимости такие то и т.д. Ситуация окончательно
разъясняется. Полученная характеристика полностью совпадает с антигенной характеристикой крови подозреваемого. Следовательно, он сказал правду, это действительно его кровь.
Остановимся ещё на одной ситуации, которая имеет огромное моральное звучание. Представьте себе, что война или иное бедствие разлучили родителей с детьми. У детей потерялись фамилии и имена. Неужели нельзя найти своего ребенка среди других? Ведь антигены эритроцитов и HLA передаются по наследству. И если у отца и матери нет фактора, Мто его не может быть и у ребенка. И наоборот, если оба родителя принадлежат к группе А, то ребенок не может иметь группу крови В или АВ. Так же и по HLA-антигенам. Причем с очень высокой достоверностью».
Установление подлинности останков членов царской семьи НиколаяII проводилось именно так, с помощью ДНК типирования.
например, в Англии, к вопросам определения отцовства относятся особенно щепетильно. Но там это чаще всего связано не с войной. Строгие законы об отцовстве объясняются строгими законами о наследниках и правах наследования капиталов, титулов, прав, привилегий.
Вообразите лорда, который объявляет своим наследником юношу, которого родила не его жена. Тогда может возникнуть необходимость доказать, что юноша его сын. Или вдруг появляется джентльмен, объявляющий себя незаконнорожденным сыном и, следовательно, наследником миллионера. Может быть, это правда, но может быть, сей джентльмен – аферист. Вопрос решает анализ антигенов родителей и детей».
Распределение HLA-антигенов оказалось разным у представителей разных рас национальностей. С 1966 г. интенсивное исследование структуры антигенов тканевой совместимости по инициативе ВОЗ стало проводиться во всех странах мира. Вскоре карта мира оказалась покрытой иммунологическими иероглифами, показывающими, где и в каком сочетании встречаются антигены
HLA. Теперь, пожалуй, нет необходимости подобно Туру Хейердалу снаряжать экспедицию на тростниковой лодке, чтобы доказать миграцию населения из Южной Америки на острова Полинезии. Достаточно взглянуть в современный атлас распространенияHLAантигенов и с уверенностью сказать, что в обоих этих географических регионах есть общие генетические маркеры.
Полиморфизм классических HLA - антигенов, выявляемых серологическими и клеточно-опосредованными методами
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.
Чарлз Б. Карпентер (Charles В. Carpenter)
Антигены, обеспечивающие внутривидовые различия особей, обозначаются как аллоантигены, а когда они включаются в процесс отторжения аллогенных тканевых трансплантатов, то приобретают название антигенов тканевой совместимости (гистосовместимости). Эволюция закрепила единичный участок тесно сцепленных генов гистосовместимости, продукты которых на поверхности клеток обеспечивают сильный барьер при аллотрансплантации. Термины «major histocompatibility antigens» (главные антигены гистосовместимости) и «major histocompatibility gene complex» (MHC) (главный генный комплекс гистосовместимости) относятся соответственно к продуктам генов и генам этого хромосомного участка. Многочисленные минорные антигены гистосовместимости, наоборот, кодируются множественными участками генома. Им соответствуют более слабые аллоантигенные различия молекул, выполняющих разнообразные функции. Структуры, несущие детерминанты MHC, играют значительную роль в иммунитете и самораспознавании в процессе дифференцировки клеток и тканей. Информация о МНС-контроле иммунного ответа получена в опытах на животных, когда гены иммунного ответа были картированы внутри MHC-у мышей (Н-2), крыс (RT1), морских свинок (GPLA). У человека MHC назван HLA. Отдельным буквам аббревиатуры HLA придается различное значение, и с международного согласия HLA служит для обозначения человеческого МНС-комплекса.
Относительно MHC можно сделать несколько обобщений. Во-первых, в малом участке (менее 2 сантиморган) MHC кодируется три класса генных продуктов. Молекулы класса I, экспрессируемые практически всеми клетками, содержат одну тяжелую и одну легкую полипептидную цепи и являются продуктами трех редуплицированных локусов-HLA-A, HLA-B и HLA-C. Молекулы класса II, экспрессия которых ограничивается В-лимфоцитами, моноцитами и активированными Т-лимфоцитами, содержат две полипептидные цепи (? и?) неравной величины и являются продуктами нескольких тесно сцепленных генов, в сумме обозначаемых как зона HLA-D. Молекулы класса III представляют собой компоненты комплемента С4, С2 и Bf. Во-вторых, молекулы классов I и II образуют комплекс с псевдоантигеном, или антиген гистосовместимости и псевдоантиген слитно распознаются Т-лимфоцитами, имеющими соответствующий рецептор для антигена. Распознавание своего и несвоего при запуске и в эффекторной фазе иммунного ответа непосредственно направляется молекулами I и II классов. В-третьих, четких ограничений межклеточных взаимодействий, в которых участвуют супрессорные Т-лимфоциты, у человека не выявлено, но роль генов HLA достаточно важна для некоторых проявлений супрессорной Т-клеточной активности. В-четвертых, в МНС-регионе локализуются гены ферментных систем, не имеющих непосредственного отношения к иммунитету, но важных для роста и развития скелета. Известные локусы HLA на коротком плече 6-й хромосомы представлены на рис. 63-1.
Локусы системы HLA. Антигены класса I. HLA-антигены I класса определяются серологически с помощью человеческих сывороток, главным образом от многорожавших женщин, и в меньшей степени с помощью моноклональных антител. Антигены I класса присутствуют с разной плотностью во многих тканях организма, включая В-клетки, Т-клетки, тромбоциты, но не на зрелых эритроцитах. Количество серологически выявляемых специфичностей велико, и система HLA является наиболее полиморфной из известных генетических систем человека. Внутри HLA-комплекса для серологически выявимых HLA антигенов I класса четко определяются три локуса. Каждый антиген 1 класса содержит?2-микроглобулиновую субъединицу (мол. масса 11500) и тяжелую цепь (мол. масса 44000), несущую антигенную специфичность (рис. 63-2). Существует 70 четко определенных А- и В-специфичностей и восемь специфичностей локуса С. Обозначение HLA обычно присутствует в наименовании антигенов главного комплекса гистосовместимости, но может не употребляться, когда позволяет контекст. Антигены, неокончательно классифицированные ВОЗ, имеют в обозначении букву w после названия локуса. Номер, следующий за обозначением локуса, служит собственным названием антигена. HLA-антигены населения Африки, Азии и Океании в настоящее время недостаточно четко определены, хотя они включают часть общих антигенов, свойственных лицам западноевропейского происхождения. Распределение HLA-антигенов различно в разных расовых группах, и они могут быть использованы как антропологические маркеры в изучении заболеваний и миграционных процессов.
Рис. 63-1. Схематическое изображение хромосомы 6.
Показана локализация зоны HLA в регионе 21 короткого плеча. Локусы HLA-A, HLA-B и HLA-C кодируют тяжелые цепи класса I (44000), тогда как?2-микроглобулиновая легкая цепь (11500) молекул класса I кодируется геном хромосомы 15. Зона HLA-D (класс II) расположена центромерно по отношению к локусам А, В и С с тесно сцепленными генами компонентов комплемента С4А, С4В, Bf и С2 на участке B-D. Порядок расположения генов комплемента не установлен. Каждая молекула класса II D-региона образована?- и?-цепями. Они присутствуют на клеточной поверхности в разных участках (DP, DQ и DR). Цифра, предшествующая знакам? и?, означает, что существуют различные гены для цепей данного типа, например, для DR существует три гена?-цепей, так что экспрессируемые молекулы могут быть 1??, 2?? или 3??. Антигены DRw52(MT2) и DRw53(MT3) находятся на 2?-цепи, тогда как DR - на l?-цепи. DR неполиморфен, а молекулы DQ-антигенов полиморфны как по?-, так и по?-цепям (2?2?). Другие типы DQ (1?1?) имеют ограниченный полиморфизм. Полиморфизм DP связан с?-цепями. Общая протяженность HLA-региона- около 3 сМ.
Поскольку хромосомы парны, каждый индивид имеет до шести серологически определимых антигенов HLA-A, HLA-B и HLA-C, по три от каждого из родителей. Каждый из этих наборов обозначается как гаплотип, и в соответствии с простым менделевским наследованием четвертая часть потомства имеет идентичные гаплотипы, половина - часть общих гаплотипов и оставшаяся четверть - полностью несовместима (рис. 63-3). Значение роли этого генного комплекса в трансплантационном ответе подтверждается тем, что подбор по гаплотипу пар донор - реципиент среди потомства одного поколения обеспечивает наилучшие результаты при трансплантации почек - около 85-90% длительного выживания (см. гл. 221).
Антигены класса II. Зона HLA-D примыкает к локусам класса I на коротком плече 6-й хромосомы (см. рис. 63-1). Этот регион кодирует серию молекул класса II, каждая из которых содержит?-цепь (мол, масса 29000) и?-цепь (мол. масса 34000) (см. рис. 63-2). Несовместимость по этому региону, особенно по антигенам DR, определяет пролиферативную реакцию лимфоцитов in vitro. Смешанная лимфоцитарная реакция (MLR) оценивается по уровню пролиферации в смешанной культуре лимфоцитов (MLC) и может быть положительной даже при идентичности по антигенам HLA-A, HLA-B и HLA-C (см. рис. 63-3). Антигены HLA-D определяются с помощью стандартных стимулирующих лимфоцитов, гомозиготных по HLA-D и инактивированных рентгеновскими лучами или митомицином С с целью придания реакции однонаправленности. Существует 19 таких антигенов (HLA-Dwl-19), обнаруженных с использованием гомозиготных типирующих клеток.
Попытки определения HLA-D серологическими методами сначала позволили обнаружить серию D-связанных (DR) антигенов, экспрессированных на молекулах класса II В-лимфоцнтов, моноцитов и активированных Т-лимфоцитов. Затем были описаны и другие тесно сцепленные антигенные системы, которые получили различные наименования (MB, MT, DC, SB). Идентичность отдельных групп молекул класса II сейчас установлена, и гены соответствующих?- и?-цепей выделены и секвенированы. Генная карта класса II, представленная на рис. 63-1, отражает минимальное число генов и молекулярных участков. Хотя молекула масса II может содержать DR? из гаплотипа одного из родителей, a DR?- другого (транскомплементация), комбинаторика вне каждого из участков DP, DQ, DR редка, если вообще возможна. Молекулы DR и в определенной степени DQ могут служить стимулами для первичной MLR. Вторичная MLR определяется как тест с примированными лимфоцитами (PLT) и дает возможность получить результат через 24-36 ч вместо 6-7 дней для первичной реакции. Аллоантигены DP были открыты благодаря их способности вызывать стимуляцию PLT, хотя они не дают первичной MLR. Хотя В-лимфоциты и активированные Т-лимфоциты экспрессируют все три набора молекул класса II, антигены DQ не экспрессируются на 60-90% DP- и DR-позитивных моноцитов.
Рис. 63-2. Схематическое изображение молекул клеточной поверхности классов I и II.
Молекулы класса I состоят из двух полипептидных цепей. Тяжелая цепь с мол. массой 44 000 проходит сквозь плазматическую мембрану; ее наружный участок состоит из трех доменов (?1, ?2 и?3), формируемых дисульфидными связями. Легкая цепь с мол. массой 11500 (?2-микроглобулин, ?2мю) кодируется хромосомой 15 и нековалентно связана с тяжелой цепью. Аминокислотная гомология между молекулами I класса составляет 80-85%, снижаясь до 50% в участках?1 и?2, которые, вероятно, соответствуют участкам аллоантигенного полиморфизма. Молекулы класса II образованы двумя нековалентно связанными полипсптидными цепями, ?-цепь с мол. массой 34000 и?-цепь с мол массой 29000. Каждая цепь содержит два домена, сформированных дисульфидными связями (из С. Б. Carpenter, E. L. Milford, Renal Transplantation: Immunobiology in the Kidnev/Eds. B. Brenner, F. Rector, New York: Samiders, 1985).
Рис. 63-3. HLA-зона хромосомы 6: наследование HLA-гаплотипов. Каждый хромосомный сегмент сцепленных генов обозначается как гаплотип, и каждый индивид наследует по одному гаплотипу от каждого родителя. На диаграмме представлены антигены А, В и С гаплотипов а и b для данного гипотетического индивида; ниже раскрыты обозначения гаплотипов в соответствии с текстом. Если мужчина с гаплотипом ab женится на женщине с гаплотипом cd, потомки могут быть только четырех типов (с точки зрения HLA). Если в мейозе у одного из родителей происходит рекомбинация (отмечена прерывистыми линиями), то это приводит к формированию измененного гап-лотнпа. Частота измененных гаплотипов у детей служит мерой расстояний на генетической карге (1% частота рекомбинаций== 1 сМ; см. рис. 63-1) (из Г.. В. Carpenter. Kidney International, Г)78. 14. 283).
Молекулярная генетика. Каждая полипептидная цепь молекул классов I и II содержит несколько полиморфных участков в дополнение к «частной» антигенной детерминанте, определяемой с помощью антисывороток. В тесте клеточно-опосредованного лимфолиза (CML) определяется специфичность киллерных Т-клеток (Тк), которые возникают в процессе пролиферации при MLR, путем тестирования на клетках-мишенях от доноров, не служивших источником стимулирующих клеток для MLR. Антигенные системы, определяемые этим методом, обнаруживают тесную, но неполную корреляцию с «частными» антигенами класса 1. Клонирование циготоксических клеток позволило обнаружить набор полиморфных детерминант-мишеней на молекулах HLA, некоторые из которых невозможно выявить с помощью аллоантисывороток и моноклональных антител, полученных иммунизацией мышей человеческими клетками. Некоторые из этих реагентов могут быть использованы для идентификации «частных» детерминант HLA, в то время как другие направлены к более «общим» (иногда называемым супертипируемыми) детерминантам. Одна такая система «общих» HLA-B антигенов имеет два аллеля, Bw4 и Bw6. Большинство «частных» HLA-B связаны или с Bw4, или с Bw6. Другие системы сопряжены с подгруппами HLA антигенов. Например, HLA-B-позитивные тяжелые цепи содержат дополнительные участки, общие для В7, В27, Bw22 и В40 или для В5, В15, В18 и Bw35. Существуют и другие типы перекрывающихся антигенных детерминант, о чем свидетельствует реакция моноклональных антител с участком, общим для тяжелых цепей HLA-A и HLA-B. Изучение аминокислотной последовательности и псптидных карт некоторых молекул HLA показало, что гипервариабельные участки антигенов класса I сосредоточены в наружном?1-домене (см. рис. 63-2) и прилегающем участке?2-домена. Вариабельные последовательности молекул класса II различны для разных локусов. Замечательно, что?3-домен класса I, ?2-домен класса II и?2-домен, а также часть мембранной молекулы Т8 (Leu 2), участвующей в межклеточных взаимодействиях (см. гл. 62), обнаруживают значительную гомологию последовательности аминокислот с константными зонами иммуноглобулинов. Это подтверждает гипотезу об эволюционном формировании семейства генных продуктов, которые несут функции иммунологичсского распознавания. При исследовании геномной ДНК HLA для молекул классов I и II были обнаружены типичные экзон-интронные последовательности, причем экзоны были идентифицированы для сигнальных пептидов (5") каждого из доменов, трансмембранного гидрофобного сегмента и цитоплазматического сегмента (З"). Имеются пробы кДНК для большинства цепей HLA, а применение ферментативных гидролизатов для оценки состояния полиморфизма рестрикционных фрагментов по длине (ПДРФ), позволило получить данные, которые коррелируют с результатами изучения молекул класса 11 серологическими методами в MLR. Однако многочисленность (20-30) генов класса 1 делает оценку полиморфизма по ПДРФ затруднительной. Многие из этих генов не экспрессируются (псевдогены), хотя некоторые могут соответствовать дополнительным локусам класса I, которые экспрессируются только на активированных Т-клетках; функции их неизвестны. Разработка специфических проб на локусы HLA-A и HLA-B поможет разобраться в этой достаточно сложной проблеме.
Комплемент (класс III). Структурные гены трех компонентов комплемента-С4, С2 и Bf-присутствуют в зоне HLA-B-D (см. рис. 63-1). Это два локуса С4, кодирующие С4А и С4В, первоначально описанные как эритроцитарные антигены Rodgers и Chido соответственно. Эти антигены оказались в действительности абсорбированными из плазмы молекулами С4. Другие компоненты комплемента не имеют тесного сцепления с HLA. Между генами С2, Bf и С4 кроссинговера не описано. Все они кодируются участком между HLA-B и HLA-DR длиной около 100ко. Существуют два аллеля С2, четыре Bf, семь С4А и три С4В, кроме того, в каждом локусе имеются молчащие аллели QO. Исключительная полиморфность гистотипов комплемента (комплотипы) делает эту систему пригодной для генетических исследований.
Таблица 63-1. Наиболее распространенные гаплотины HLA
В табл. 63-1 представлены четыре наиболее широко распространенных гаплотипа, обнаруженных у лиц западноевропейского происхождения. Результаты MLR у людей, не состоящих в родстве, отобранных по признаку совместимости по этим гаплотипам, отрицательны, в то же время реакция обычно имеет место, если неродственные индивиды подобраны только на совместимость по HLA-DR и DQ. Такие идентичные распространенные гаплотипы, возможно, в неизменном виде происходят от единого предка.
Другие гены 6-й хромосомы. Недостаточность стероид 21-гидроксилазы, аутосомно-рецессивный признак, вызывает синдром врожденной гиперплазии надпочечников (гл. 325 и 333). Ген для этого фермента локализуется на участке HLA-B-D. Ген 21-гидроксилазы, прилегающий к гену С4А, делетирован у лиц, страдающих упомянутым синдромом, вместе с С4А (C4AQO), и ген HLA-B может трансформироваться с конверсией В 13 в редкий Bw47, обнаруживаемый только в измененных гаплотипах. В отличие от поздно проявляющегося дефицита 21-гидроксилазы, сцепленного с HLA, врожденная гиперплазия надпочечников, связанная с дефицитом 21?-гидроксилазы, не сцеплена с HLA. В нескольких семейных исследованиях показано, что идиопатический гемохроматоз, аутосомно-рецессивное заболевание, сцеплено с HLA (см. гл. 310). Хотя патогенез расстройств всасывания железа в желудочно-кишечном тракте неизвестен, установлено, что гены, модулирующие этот процесс, находятся вблизи участка HLA-A.
Рис. 63-4. Схема относительной роли HLA-A, HLA-B, HLA-C и HLA-D антигенов в инициации аллоиммунного ответа и в образовании эффекторных клеток и антител.
Два главных класса Т-лимфоцитов распознают антигены: Тк - предшественники цитотоксических «киллерных» клеток и Тх-хелперные клетки, способствующие развитию цитотоксического ответа. Тх также обеспечивают помощь В-лимфоцитам при развитии «зрелого» IgG-ответа. Важно отметить, что Тк обычно распознают антигены класса I, тогда как сигнал для Тх создает преимущественно HLA-D, который тесно связан с антигенами класса II (из С. В. Carpenter.- Kidney International, 1978, 14, 283).
Гены иммунного ответа. При изучении in vitro ответа на синтетические полипептидные антигены, гемоцианин, коллаген, столбнячный токсоид выявлено, что зона HLA-D аналогична региону Н-2. I у мыши. Презентация антигенных фрагментов на поверхности макрофагов или других клеток, несущих молекулы II класса, требует сопряженного распознавания комплекса «молекула II класса + антиген» Т-лимфоцитами, несущими соответствующий рецептор (ы) (см. гл. 62). Стержнем этой гипотезы «свое-)-Х» или «измененное свое» состоит в том, что Т-зависимый иммунный ответ, действие Т-хелперов/индукторов (Тх) осуществляется только в том случае, если будут синтезированы соответствующие детерминанты класса II. Гены последних и есть Ir-гены. Поскольку аллогенные детерминанты класса И распознаются как уже измененные, аллогенная MLP представляет собой модель иммунной системы, в которой присутствие псевдоантигена необязательно (рис. 63-4). Эффекторные фазы иммунитета требуют распознавания псевдоантигена в комплексе с собственными структурами. Последние у человека, как и у мыши, представляют собой молекулы антигенов гистосовместимости I класса. Человеческие клеточные линии, инфицированные вирусом гриппа, лизируются иммунными цитотоксическими Т-лимфоцитами (Тк) только в том случае, если реагирующие клетки и клетки-мишени идентичны по локусам HLA-A и HLA-B. Аллогенная MLR служит моделью и для формирования цитотоксических Т-лимфоцитов, рестриктированных по классу I (см. рис. 63-4). Детали рестрикции по различным молекулам классов I и II и эпитопам могут быть вычленены при использовании примированных клеток, подвергшихся размножению и клонированию. Например, на уровне антигенпрезентирующих клеток данный Тх-клон распознает антигенный фрагмент, комплексированный со специфическим участком молекулы класса II, с помощью рецептора Ti. Рестриктирующими элементами.для некоторых микробных антигенов являются аллели DR и Dw.
Супрессия иммунного ответа (или, низкий уровень отвечаемости) к пыльце кедра, антигенам стрептококков и шистосом доминантна и сцеплена с HLA, что свидетельствует о существовании генов иммунной супрессии (Is). Показано также наличие специфических аллельных ассоциаций HLA с уровнем иммунного ответа, например, для антигена клещевины Ra5 - с DR2 и для коллагена - с DR4.
Ассоциации с болезнями. Если главный комплекс гистосовместимости выполняет важную биологическую функцию, то какова эта функция? Одна из гипотез состоит в том что он играет роль в иммунном надзоре за неопластическими клетками, появляющимися в течение жизни индивида. Велико значение этой системы при беременности, поскольку между матерью и плодом всегда существует тканевая несовместимость. Высокая степень полиморфизма может также способствовать выживаемости видов в противостоянии огромному числу микробных агентов присутствующих в окружающей среде. Толерантность к «своему» (аутотолерантность) может перекрестие распространяться на микробные антигены, следствием которой будет высокая восприимчивость, приводящая к возникновению смертельных инфекций, в то время как полиморфизм по системе HLA способствует тому что часть популяции распознает опасные агенты как чужеродные и включает адекватную ответную реакцию. Эти гипотезы связывают роль HLA с преимуществами, благодаря которым система выживает в условиях давления отбора Каждая из этих гипотез имеет определенные подтверждения.
Важным свидетельством роли комплекса HLA в иммунобиологии послужило обнаружение положительной ассоциации некоторых патологических процессов с антигенами HLA. Изучение этих ассоциаций было стимулировано открытием генов иммунного ответа, сцепленных с Н-2-комплексом, у мышеи. В табл. 63-3 суммированы наиболее значимые ассоциации HLA и болезней.
Установлено что частота встречаемости HLA-B27 повышается при некоторых ревматических заболеваниях, особенно при анкилозирующем спондилите, заболевании явно семейного характера. Антиген В27 имеется лишь у 7% лиц западноевропейского происхождения, но его обнаруживают у 80-90% больных анкилозирующим спондилитом. В пересчете на относительный риск это означает, что этот антиген ответствен за восприимчивость к развитию анкилозирующего спондилита, которая в 87 раз выше у его носителей, чем в общей популяции. Аналогично показана высокая степень ассоциации с антигеном В27 острого переднего увеита, синдрома Рейтера и реактивных артритов по крайней мере при трех бактериальных инфекциях (иерсиниозе, сальмонеллезе и гонорее). Хотя обычная форма ювенильного ревматоидного артрита также ассоциирована с В27, тип заболевания со слабо выраженным суставным синдромом и иритом связан с В27. При псориатическом артрите центрального типа чаще встречается В27, тогда как Bw38 ассоциирован как с центральным, так и с периферическим типами. Псориаз ассоциирован с Cw6. У больных с дегенеративным артритом или подагрой не обнаруживается каких-либо изменений в частоте встречаемости антигенов.
Большинство других ассоциаций с болезнями свойственно антигенам HLA-D-зоны Например, глютенчувствительная энтеропатия у детей и взрослых ассоциирована с антигеном DR3 (относительный риск 21) Действительный процент больных с данным антигеном варьирует от 63 до 96% в сравнении с 22-27% в контроле. Тот же антиген чаще обнаруживается у больных с активным хроническим гепатитом и герпетиформным дерматитом, страдающих в то же время и глютенчувствительной энтеропатией. Ювенильный инсулинзависимыи сахарный диабет (тип I) ассоциирован с DR3 и DR4 и отрицательно ассоциирован с DR2 У 17-25% больных диабетом I типа обнаружен редкий аллель Bf (М). Диабет с началом во взрослом периоде жизни (типа II) не имеет ассоциации с HLA. Гипертиреоидизм в США ассоциирован с В8 и Dw3, в то время как в японской популяции - с Bw35. Более широкое обследование здоровых и больных представителей различных рас поможет прояснить вопрос об универсальных HLA-маркерах. Например, антиген В27, редкий у здоровых лиц японской национальности, обычен у больных с анкилозирующим спондилитом. Точно так же DR4 - маркер тля диабета I типа у представителей всех рас. Иногда HLA-маркер явно ассоциирован только с частью симптомов внутри синдрома. Например, миастения значительно сильнее ассоциирована с антигенами В8 и DR3 у больных без тимомы, а рассеянный склероз - с антигеном DR2 у лиц с быстро прогрессирующим течением болезни. Синдром Гудпасчера, связанный с аутоиммунным поражением клубочковых базальных мембран, идиопатический мембранозный гломерулонефрит, отражающий аутоиммунные процессы с образованием антител к антигенам клубочков, а также мембранозный нефрит, индуцированный золотом, в значительной степени ассоциированы с HLA-DR.
Таблица 63-3. Заболевания, ассоциированные с HLA-антигенами
Неравновесное сцепление. Хотя распределение аллелей HLA варьирует в расовых и этнических популяциях, наиболее характерную особенность популяционной генетики антигенов HLA представляет наличие неравновесного сцепления для некоторых антигенов А и В, В и С, В, D и локусов комплемента. Неравновесность сцепления означает, что антигены тесно сцепленных локусов оказываются вместе чаще, чем следует из предположения о случайной ассоциации. Классическим примером неравновесного сцепления является связь антигена локуса AHLA-A1 с антигеном локуса В HLA-B8 у лиц западноевропейского происхождения. Одновременное наличие А1 и В8, рассчитанное на основе частот их генов, должно наблюдаться с частотой 0,17. 0,11, т. е. примерно 0,02. Тогда как наблюдаемая частота их сосуществования составляет 0,08, т. е. в 4 раза больше, чем ожидаемая, и разность между этими величинами составляет 0,06. Последняя величина обозначается дельта (?) и служит мерой неравновесности. Обнаружено неравновесное сцепление и других гаплотипов А- и В-локусов: A3 и В7, А2 и В 12, А29 и В 12, A11 и Bw35, Для некоторых детерминант D-зоны описано неравновесное сцепление с антигенами В-локуса (например, DR3 и В8); а также для антигенов В- и С-локусов. Серологически выявляемые антигены HLA служат маркерами для генов целого гаплотипа внутри семейства и маркерами специфических генов в популяции, но только при наличии неравновесного сцепления.
Значение неравновесного сцепления велико, поскольку такие генные ассоциации могут порождать определенные функции. Давление отбора в процессе эволюции может быть основным фактором в сохранении некоторых генных комбинаций в генотипах. Так, например, существует теория, согласно которой А1 и В8, а также некоторые детерминанты D и других регионов обеспечивают селективное преимущество перед лицом эпидемий таких болезней, как чума или оспа. Однако возможно также, что потомки людей, выживших во время подобных эпидемий, сохраняют восприимчивость к иным болезням, поскольку их уникальный генный комплекс не обеспечивает адекватный ответ на другие факторы окружающей среды. Главная трудность этой гипотезы состоит в допущении, что отбор действует на несколько генов одновременно и обеспечивает тем самым возникновение наблюдаемых значений Л, однако потребность в сложных взаимодействиях между продуктами разных локусов МНС-комплекса - лишь начальное звено для наблюдаемых явлений и селекция может усилить множественное неравновесное сцепление. Сохранение некоторых распространенных гаплотипов, названных выше, поддерживает этот взгляд.
С другой стороны, гипотеза отбора необязательно должна объяснять неравновесное сцепление. Когда популяция, лишенная некоторых антигенов, скрещивается с другой, для которой характерна высокая частота этих антигенов, находящихся в равновесии, ? может проявиться через несколько поколений. Например, нарастание? для А1 и В8, обнаруженное в популяциях в направлении с востока на запад, от Индии к Западной Европе, может быть объяснено на основе миграции и ассимиляции населения. В малых группах неравновесность может быть обусловлена совместимостью, эффектом основателей и дрейфом генов. Наконец, некоторые случаи неравновесного сцепления являются результатом неслучайного кроссинговера во время мейоза, так как хромосомные сегменты могут быть в большей или меньшей степени ломкими. Будь то давление отбора или ограничения кроссинговера, неравновесность сцепления может исчезать в течение нескольких поколений. Большое число неслучайных ассоциаций имеется в HLA-генном комплексе и определение их причин может обеспечить проникновение в механизмы, лежащие в основе чувствительности к болезням.
Сцепление и ассоциации. В табл. 63-2 перечислены болезни, служащие примером сцепления с HLA, когда наследственные признаки маркируются в пределах семьи соответствующими гаплотипами. Например, дефицит С2, 21-гидроксилазы, идиопатический гемохроматоз наследуются по рецессивному типу с наличием часгичного дефицита у гетерозигот. Эти генетические нарушения также являются HLA-ассоциированными и обусловливаются избытком некоторых HLA-аллелей у больных людей, не состоящих в родстве. Дефицит С2 обычно сцеплен с гаплотипами HLA-Aw 25, В 18, В55, D/DR2, а при идиопатическом гемохроматозе проявляется как сцепление, так и сильная ассоциация между HLA-A3 и В 14. Высокая степень неравновесного сцепления в этом случае вызвана мутациями у лица, послужившего его источником; кроме того, недостаточен был период времени, необходимый для возвращения пула генов в состояние равновесия. С этой точки зрения HLA-гены - простые маркеры сцепленных генов. С другой стороны, для проявления конкретного нарушения может требоваться взаимодействие со специфическими HLA-аллелями. Последняя гипотеза потребовала бы признания более высокого темпа мутаций с экспрессией дефектных генов, что происходит только при условии сцепления с некоторыми HLA-генами.
Болезнь Педжета и спинно-мозжечковая атаксия являются HLA-сцепленными аутосомно-доминантными наследственными заболеваниями; они обнаруживаются сразу у нескольких членов семьи. Болезнь Ходжкина служит проявлением HLA-сцепленного рецессивного наследственного дефекта. Никаких HLA-ассоциаций не было обнаружено при этих заболеваниях, что свидетельствует в пользу исходной множественности «основоположников» этих болезней с мутациями, связанными с различными аллелями HLA.
Сцепление с HLA без труда определяется, когда доминантность и рецессивность признаков легко разграничить, т. е. когда высока экспрессивность и процесс детерминируется дефектом единичных генов. При большинстве ассоциаций HLA-маркеры отражают факторы риска, вовлекаемые в реализацию и модуляцию иммунного ответа под влиянием множественных генов. Примером полигенного иммунного заболевания является атоническая аллергия, при которой ассоциация с HLA может быть очевидной только у лиц с низким генетически контролируемым (не в связи с HLA) уровнем продукции IgE. Другой пример такого рода - дефицит IgA (см. табл. 63-3), ассоциированный с HLA-DR3.
Клиническое значение системы HLA. Клиническое значение типирования HLA для диагностики ограничивается определением В27 при диагностике анкилозирующего спондилита; тем не менее и в этом случае наблюдается 10% ложноположительных и ложноотрицательных результатов. Изучение HLA имеет ценность также в практике генетических консультаций для раннего определения болезней в семьях с идиопатическим гемохроматозом, врожденной гиперплазией надпочечников, связанной с дефицитом стероидгидроксилазы, в особенности если HLA-типирование осуществляется на клетках, полученных амниоцентезом. Высокая степень полиморфизма в системе HLA делает ее ценным инструментом для тестирования различных клеточных препаратов, в особенности в судебно-медицинской практике. Некоторые болезни, такие как сахарный диабет I типа и другие, для которых показаны HLA-ассоциации, требуют дополнительного изучения роли компонентов системы HLA в патогенезе этих заболеваний
Главный комплекс гистосовместимости………………………………………...3
Строение главного комплекса гистосовместимости……………………………6
Молекулы главного комплекса гистосовместимости…………………………..8
Функции Главного комплекса гистосовместимости…………………………..14
Антигены MHC: история исследований………………………………………16
Список использованной литературы…………………………………………...18
Главный комплекс гистосовместимости.
Главный комплекс гистосовместимости – это группа генов и кодируемых ими антигенов клеточной поверхности, которые играют важнейшую роль в распознавании чужеродного и развитии иммунного ответа.
Антигены, обеспечивающие внутривидовые различия особей, обозначаются как аллоантигены, а когда они включаются в процесс отторжения аллогенных тканевых трансплантатов, то приобретают название антигенов тканевой совместимости (гистосовместимости). Эволюция закрепила единичный участок тесно сцепленных генов гистосовместимости, продукты которых на поверхности клеток обеспечивают сильный барьер при аллотрансплантации. Термины «major histocompatibility antigens» (главные антигены гистосовместимости) и «major histocompatibility gene complex» (MHC) (главный генный комплекс гистосовместимости) относятся соответственно к продуктам генов и генам этого хромосомного участка. Многочисленные минорные антигены гистосовместимости, наоборот, кодируются множественными участками генома. Им соответствуют более слабые аллоантигенные различия молекул, выполняющих разнообразные функции.
Открытие MHCпроизошло при исследовании вопросов внутривидовой пересадки тканей.
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 рецепторраспознает не собственно чужеродныйантиген, а его комплекс с молекулами, контролируемыми генамиглавного комплекса гистосовместимости. При этом и молекула MHC и фрагмент антигена контактируют с Т - клеточным рецептором.
MHC кодирует два набора высокополиморфных клеточных белков, названных молекулами MHC класса I и класса II. Молекулы класса Iспособны 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 MHCи 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, номолекулы MHC класса Iимолекулы MHC класса IIявляются наиболее важными в иммунологическом смысле.
Главный комплекс гистосовместимости характеризуется крайне выраженным полиморфизмом. Ни одна другая генетическая система организма не имеет такого количества аллельных форм как гены МНС.
Долгое время биологический смысл столь выраженного полиморфизма оставался непонятным, хотя какое-то селективное значение такой аллельной изменчивости было очевидным. Впоследствии было доказано, что подобный полиморфизм прямо связан с процессом презентации антигенных детерминант Т-клеткам.
С полиморфизмом антигенов МНС связано такое явление, как генетический контроль иммунного ответа. В тех случаях, когда аминокислотные остатки, образующие антигенсвязывающую щель у молекул II класса, не в состоянии связать пептидный фрагмент чужеродного антигена, T-хелперы остаются ареактивными, и их помощь В-клеткам не реализуется. Это обстоятельство и является причиной генетически детерминированного дефекта в иммунном реагировании.
Основные события, которые привели к формированию разнообразия генов МНС в процессе эволюции связаны с тандемными дупликациями, точечными мутациями, рекомбинациями и конверсией генетического материала. Тандемные дупликации (процесс повторения исходного гена на той же самой хромосоме) хорошо известны для многих генетических систем, контролирующих синтез белков, например, иммуноглобулинов. Именно в результате этого процесса возникло несколько полигенных форм молекул MHC. Спонтанные замены отдельных нуклеотидов в процессе редупликации ДНК (точечные мутации) также хорошо известны, они приводят к формированию аллельных генов, которые также определяют полиморфизм белков. Рекомбинации между отдельными участками гомологичных хромосом в процессе мейоза могут привести к обмену как целых участков этих хромосом, так и отдельных генов и даже частей генов. В последнем случае процесс называется генной конверсией. Мутации, рекомбинации и конверсия генов создают многообразие их аллельных форм и определяют полиморфизм антигенов МНС.
Такая высокая степень полиморфизма имеет потенциальную ценность для выживания вида, и именно благодаря ей весь вид не становится жертвой мимикрии микробов, при которой они экспрессируют структуры, близкие по конформации к продуктам MHC . T-клетки, способные распознать неповторимую индивидуальную комбинацию специфичностей собственного организма, оказываются в состоянии реагировать на продукты такой мимикрии, как на чужеродные. Кроме того, возможно, что столь высокий сбалансированный полиморфизм продуктов MHC обеспечивает более широкое разнообразие антигенов, распознаваемых иммунной системой данного вида, а также гетерозиса (гибридной силы), поскольку у гетерозигот возникает максимальная комбинаторика аллелей. Братья и сестры имеют один шанс из четырех быть идентичными по антигенам MHC.
