Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

МНС человека имеет акроним HLA (от англ. Human Leukocyte Antigens – антигены лейкоцитов человека). Это связано с тем, что они были впервые обнаружены на лейкоцитах человека в реакциях с сыворотками от многорожавших женщин и больных, получавших многократные гемотрансфузии. Такие сыворотки содержат антилейкоцитарные антитела, которые образуются в ответ на аллоантигены плода или доноров крови.

Комплекс HLA локализован на хромосоме 6, занимая область размером 3-4 6 пар нуклеотидов. Представления о масштабах HLA-генофонда заметно расширились с внедрением моноклональных анти-HLA антител и молекулярно-генетического анализа, т.е. прямого изучения HLA-генов. Согласно имеющимся данным комплекс HLA включает около 800 аллелей, альтернативное наследование которых обеспечивает беспрецедентную мозаику HLA-генотипов. В соответствии с генетической структурой HLA каждый индивид наследует около 20 аллельных генов (см. ниже). Благодаря столь малой выборке (20 из 800) вероятность полного совпадения индивидуальных HLA-генотипов (и, следовательно, HLA-фенотипов) ничтожно мала. Совпадение возможно лишь по отдельным аллелям или их комбинациям. Этим определяется вероятность относительно успешного приживления тканей в аллогенных парах «донор-реципиент».

Лишь малая часть МНС(HLA)-области кодирует антигены гистосовместимости. Кроме них здесь локализовано более 100 генов, которые не имеют отношения к тканевому полиморфизму и иммунологическим функциям молекул МНС. Тем не менее этот участок ДНК продолжают называть главным комплексом гистосовместимости, подчеркивая исторический приоритет и значимость MHC-зависимых реакций.

Дополнительное разнообразие вносит диплоидность соматических клеток, благодаря которой каждая из них содержит по два комплекта МНС-генов, на материнской и отцовской хромосомах. Это означает, что индивид может иметь не более двух аллелей каждого HLA-гена (по одному на материнской и отцовской хромосомах) и, следовательно, не более двух разновидностей каждого HLA-антигена.

Набор генов одной хромосомы, называется гаплотипом (от греч. haplous – единственный). МНС-гаплотипы кодоминантны, т.е. одинаково влияют на фенотип клеток. Это означает, что HLA-фенотип (т.е. полный комплект молекул HLA, экспрессируемых клетками данного организма) является суммарным выражением двух гаплотипов, унаследованных по материнской и отцовской линиям.

МНС(HLA)-фенотип можно определить как уникальную совокупность поверхностных антигенов, по которой клетки одного индивида отличаются от всех остальных особей данного вида животных. Следует понимать принципиальное различие между полиморфизмом молекул МНС и антигенных рецепторов В и Т лимфоцитов (BCR и TCR). В первом случае речь идет об аллотипии, связанной с альтернативным наследованием аллельных генов, циркулирующих в популяциях человека и животных; во втором – об идиотипии, т.е. о структурных вариантах одних и тех молекул, продуцируемых разными клонами клеток. Иными словами, идиотипия отражает гетерогенность молекул на уровне клеточных популяций, возникающую в результате мутаций и рекомбинационных перестроек генетического материала соматических клеток. Аллотипия определяется перетасовкой (рекомбинацией) генов в зародышевых клетках. Она связана с половым процессом и формируется на уровне «организменных» популяций.

Для всех видов животных характерно наличие двух основных классов МНС – МНС-I и МНС-II. При общей стратегии они различаются по генетической, структурной организации, тканевому распределению и функциям.

HLA-I. Молекулы I класса содержатся на поверхности клеток всех типов, кроме эритроцитов и ворсинчатого трофобласта. Они представляют гетеродимеры, состоящие из двух полипептидных цепей - тяжелой (46 кД) и легкой (12 кД) (рис. 1). Из них только тяжелая субъединица (α-цепь) является продуктом главного комплекса гистосовместимости, и именно с ней связаны иммунологические функции молекулы. α-цепь пронизывает плазматическую мембрану и имеет три внеклеточных домена – α1, α2 и α3. Вариабельность молекулы сконцентрирована в α1 и α2 доменах; домен α3 лишен полиморфизма.

Легкая (β) цепь представлена β2-микроглобулином. Это продукт гена, который локализован на хромосоме 15, т.е. не входит в состав комплекса HLA. β2-микроглобулин генетически однороден и напрямую не участвует в реализации функций HLA-I. Его роль сводится к транспорту α-цепи на поверхность клетки (у мутантных мышей, лишенных β2-микроглобулина, молекулы I класса не экспрессируются). β2-микроглобулин не имеет трансмембранного участка, удерживаясь на мембране за счет нековалентной связи с α3-доменом1.

Рис. 1. Структура молекул главного комплекса гистосовместимости (G. Reeves, p. 46).

Молекулы HLA-I представлены тремя наиболее важными подклассами – А (HLA-A), В (HLA-B) и С (HLA-C). Они кодируются одноименными генами, которым соответствует определенная позиция (локус) на хромосоме. По данным молекулярно-генетического анализа общее число аллельных вариантов для генов HLA-1 приближается к 400 (HLA-A – 108, HLA-B – 223, HLA-C – 67). Количество известных HLA-1 антигенов гораздо меньше – около 100 (HLA-A – 28, HLA-B – 61, HLA-C –10)1. Они обозначаются цифрами, которые добавляются к буквенному обозначению подкласса (например, А1, В27, С8).

В генотипе каждого человека имеется шесть генов HLA-I – по три в каждом гаплотипе. При несовпадении материнского и отцовского гаплотипов по генам всех трех локусов (А, В и С) индивид будет иметь наиболее полный HLA-фенотип, т.е. шесть аллотипических вариантов HLA-I (например, А4,14; В2,31; С4,10). Если гаплотипы частично дублируют друг друга, набор молекул HLA-I будет редуцирован (например, А4; В2,44; С6). То же самое справедливо для HLA-II (см. ниже).

Недавно открыты дополнительные локусы HLA-I: E, F и G. Их гены отличаются ограниченным полиморфизмом и необычным тканевым распределением своих продуктов (HLA-E, HLA-F и HLA-G). Функции этих так называемых «неклассических» HLA(МНС)-молекул неизвестны, но они не участвуют в представлении антигенов, по крайней мере «обычных пептидов» (см. ниже).

HLA-II. Молекулы II класса построены из двух нековалентно связанных пептидных цепей примерно одинакового размера – α (35 кД) и β (28 кД). Обе они являются продуктами главного комплекса гистосовместимости и участвуют в реализации его иммунологических функций. Каждая цепь состоит из двух внеклеточных доменов (α1-α2 и β1-β2), которые прочно фиксированы на клетках при помощи трансмембранного участка молекулы (рис. 8). Вариабельные последовательности входят в состав α1 и β1 доменов; α2 и β2 домены не имеют аллотипов.

В отличие от HLA-I, конститутивная (т.е. постоянная) экпрессия молекул II класса ограничена клетками иммунной системы, презентирующими антигены Т-хелперам. Это так называемые профессиональные антигенпредставляющие клетки – дендритные клетки, макрофаги, В-лимфоциты. Появление HLA-II на других клетках указывает на их активацию, т.е. является индуцибельным.

Впрочем, динамичность экспрессии молекул МНС (MHC-I, MHC-II) характерна для всех клеток. Она зависит от функционального состояния клетки, меняясь под влиянием различных стимулов (например, цитокинов). Это однин из механизмов, контролирующих индукцию и реализацию иммуного ответа.

Подобно HLA-I, молекулы HLA-II представлены тремя основными подклассами – DR, DQ и DP. Гены, кодирующие их α- и β-цепи, сконцентрированы в одноименных локусах на 6-й хромосоме. Наиболее полиморфны гены β-цепей: они представлены 367 аллельными вариантами (DR – 249, DQ – 36, DP – 82). Гены α-цепей гораздо однороднее – 36 разновидностей (DR – 3, DQ – 20, DP – 13).

Буква "D" ошибочно продолжает нотацию HLA, начатую локусами А, В и С. Эти обозначения возникли до разделения HLA на классы. Область D оказалась суммой нескольких локусов (DR, DQ, DP) и по сути является синонимом II класса. «Неклассические» молекулы HLA-II включают HLA-DM и HLA-DN. Их функции неизвестны или гипотетичны.

В генотипе каждого человека имеется 12 функционально значимых (т.е. экспрессируемых) генов HLA-II – шесть в каждом гаплотипе (по три гена для α (DRA, DQA, DPA) и β (DRB, DQB, DPB) цепей). В связи с доминированием полиморфизма В(β)-генов в цифровой формуле молекул II класса обычно указываются разновидности только β-цепей (например, R4,8/DQ1,6/DP5).

Функции МНС (HLA)

Отторжение чужеродных тканей, которое происходит в ситуациях, искусственно создаваемых человеком, ничего не говорит о физиологических функциях МНС. С этой точки зрения неудачна и терминология: понятие «главный комплекс гистосовместимости» не отражает природного назначения его продуктов. Это стало очевидным после утверждения центральной позиции МНС в представлении (презентации) антигенов Т-лимфоцитам. Возможно, это не единственное, но, безусловно, главное назначение данной системы.

МНС-зависимое представление антигенов имеет четкую направленность, которая проявляется в том, что молекулы I и II классов обеспечивают альтерантивную презентацию антигенов двум основным категориям Т-клеток – CD8 и CD4. Такая адресность объясняется лиганд-рецепторной комплементарностью в парах CD8 – МHC-I и CD4 – МНС-II. Это обеспечивает избирательное связывание CD8 с МНС-I (a3-домен), а CD4 – с МНС-II (b2-домен). Этим объясняется корецепторная функция молекул CD4 и CD8 в распознавании антигенов Т-лимфоцитами (рис. 2).

Зависимость реакций Т-лимфоцитов от МНС называется рестрикцией (от англ. restriction – ограничение). Говорят, что Т-лимфоциты рестриктированы по МНС, причем CD4 Т-лимфоциты рестриктированы по МНС(HLA)-I, а CD8 – по МНС(HLA)-II.

Рис. 2. Молекулы, принимающие участие в распознавании антигенов Т-лимфоцитами. Т-лимфоциты рестриктированы по МНС, т.е. распознают антигены (точнее продукты их протеолиза), презентируемые молекулами главного комплекса гистосовместимости (МНС) антигенпредставляющих клеток. А: Антигенные пептиды в комплексе с молекулами МНС-I воспринимаются CD8 Т-клетками. CD8 играет роль корецептора, реагируя с консервативным (неполиморфным) участком МНС-I. Взаимодействие в системе TCR-антиген/МНС-I-СD-8 генерирует сигнал, который усиливается и транслируется внутрь клетки при помощи CD3-комплекса. В: Антигенные пептиды, презентируемые молекулами МНС-II, воспринимаются CD4 Т-лимфоцитами. Благодаря комплементарности c МНС-II, СD4 выполняет функцию корецептора, укрепляя контакт между TCR и комплексом антиген/МНС-II. Сигнал транслируется в клетку молекулами костимулирующего CD3-комплекса (D.M. Weir, J. Stewart. Immunology. 8 th ed. Churchill & Levinstone. 1997).

Учитывая универсальность тканевого распространения молекул I класса, следует ожидать, что в представлении антигенов могут участвовать многие типы клеток. Именно так обстоит дело на этапе реализации иммунного ответа, когда любая клетка, презентирующая на своей поверхности “чужие” антигены в комплексе с МНС-I, атакуется цитотоксическими (СD8) Т-лимфоцитами. Активность молекул II класса связана главным образом с профессиональными антигенпредставляющими клетками. Они презентируют антигены Т-хелперам, опираясь на корецепторную активность CD4. Возможность индуцированной экспрессии МНС-II на эндотелиоцитах, эпителиальных и ряде других клеток допускает вероятность «непрофессиональной» MHC-II–презентации антигенов CD4 Т-лимфоцитам. Это возможно на этапе реализации иммунного ответа.

Для индукции иммунного ответа этого недостаточно. Здесь требуется более сложная кооперация антигенпредставляющих клеток и Т-лимфоцитов. Она происходит при участии нескольких пар комплементарных адгезивных молекул и цитокинов на территории лимфоидных тканей, т.е. в зоне, оптимальной для взаимодействия иммунокомпетентных клеток (см. «Индукция иммунного ответа»).

Презентация антигенов молекулами I и II классов происходит по общей схеме. Короткие пептиды (Т-эпитопы), которые образуются из белковых антигенов в результате внутриклеточного протеолиза (процессинг), соединяются с комплементарными молекулами МНС и вместе с ними выносятся на поверхность клетки*.

* Антигенные пептиды, воспринимаемые МНС-I и MHC-II, построены соответственно 9-10 и 12-25 аминокислот. Большинство из них являются внутренними фрагментами молекул, которые обнажаются после протеолиза. Пептидосвязывающий участок молекул МНС представляет собой щель, образуемую комбинацией вариабельных доменов: a1-a2 (MHC-I) и a1-b1 (MHC-II). Аллельные варианты МНС отличаются по конфигурации “пептидной ловушки” и, следовательно, по сродству к различным пептидам.

Принципиальное различие между МНС-I и MHC-II связано с источником (происхождением) представляемых антигенов. Молекулы I класса презентируют антигены, которые образуются внутри собственных клеток – “эндогенные пептиды”. К их числу относятся производные вирусных и опухолевых антигенов. Молекулы II класса воспринимают пептиды экзогенной природы. Они образуются из материала, поступающего в клетки извне, путем эндоцитоза.

Это различие не абсолютно. При гибели клеток синтезированные ими (т.е. эндогенные) антигены могут поглощаться дендроцитами и макрофагами и экспрессироваться в комплексе с MHC-II, как это характерно для экзогенных пептидов. Возможен и альтернативный механизм: переключение потока антигенных пептидов с экзогенного пути (комплексирование с MHC-II) на эндогенный (комплексирование с MHC-I). Такого рода перекрестная презентация содействует развитию полноценных Т-клеточных реакций, нацеленных, в частности, против вирусов, которые не реплицируются в профессиональных антигенпредставляющих клетках.

Повторим, что ассортимент каждого индивида ограничен примерно 20 вариантами аллельных генов и соответственно молекул MHC(HLA). Это несопоставимо с изобилием антигенных пептидов, которые потенциально могут быть представлены Т-лимфоцитам. Отюда следует, что каждая молекула МНС способна презентировать не один, а множество пептидов1. В то же время все пептиды, воспринимаемые однотипным вариантом МНС, имеют элементы структурного сходства, которые обеспечивают фиксацию в “пептидной ловушке” МНС. Это не лишает их антигенной (эпитопной) индивидуальности, так как специфичность Т-эпитопов определяется всего 1-2 аминокислотами.

Вероятность и прочность связывания разных пептидов с одной и той же молекулой МНС неодинакова, отражая степень родства (комплементарности) между пептидом и МНС. Справедливо и обратное: благодаря особенностям конфигурации пептидосвязывающего участка аллельные варианты МНС различаются по набору презентируемых ими пептидов. Здесь сконцентрирована идея о генетическом контроле иммунного ответа в системе МНС. Она сводится к тому, что индивиды с разными МНС(HLA)-фенотипами могут неодинаково (даже альтернативно) реагировать на один и тот же антиген. Это объясняется качеством взаимодействия антигенных пептидов с аллельными вариантами молекул МНС – от выраженной до нулевой аффинности. С этой точки зрения, концепция о генах, контролирующих силу иммунного ответа (Ir-гены, от англ. Immune response), во многом сливается с представлениями о главном комплексе гистосовместимости, прежде всего МНС-II. Это понятно, так как молекулы II класса презентируют антигены Т-хелперам, от активации которых зависят все формы иммунного ответа.

Презентация антигенов – сложный процесс, связанный с участием многих молекул. Для ряда из них возможны аллельные варианты, которые неодинаково влияют на функции МНС и поэтому тоже включаются в генетический контроль за иммунным ответом.

Влияние МНС на реактивность к антигенам наиболее отчетливо проявляется в опытах на линейных (инбредных) животных. Но положительные связи между МНС(HLA)-фенотипом и особенностями иммуного ответа известны и для человека. Так, носители аллелей HLA-DR2 и HLA-DR5 характеризуются склонностью к образованию IgE антител против аллергена пыльцы амброзии. Протективные пептиды вируса гриппа А встраиваются в молекулы В27 и А2; поэтому носители данных аллелей более устойчивы к гриппозной инфекции.

Загадкой остается предрасположенность к ряду болезней у лиц с определенным HLA-фенотипом, т.е. у носителей определенных HLA-I/HLA-II аллелей или их комбинаций. На этот счет имеется несколько гипотез, одна из которых базируется на неодинаковой способности аллотипических вариантов HLA связывать (презентировать) разные пептиды. Яркий пример – анкилозирующий спондилит (болезнь Бехтерева): около 90% больных являются носителями гена В27. Допускают, что молекулы этого аллотипа могут быть рецептором неизвестного вируса или избирательно представлять патогенетически значимые пептиды CD8 T-лимфоцитам.

Интригует и вопрос о причинах, приведших к формированию столь полиморфной системы генов и их продуктов. Согласно наиболее популярной версии главный комплекс гистосовместимости эволюционировал как механизм, обеспечивающий распознавание достаточно большого количества антигенов для оптимальной защиты каждого вида животных от инфекционных агентов. Бесконечное многообразие МНС-генотипов гарантирует полноценность антигенраспознающего потенциала иммунной системы на уровне популяции. В то же время каждый из ее отдельных представителей, обладая малой выборкой из общего числа аллельных МНС-генов, ограничен более узким набором антигенпрезентирующих молекул. Иными словами, индивидуализация МНС влияет на спектр воспринимаемых антигенов и, следовательно, на качество иммунитета против экзогенной агрессии. Неадекватные аллели и их комбинации выбраковываются естественным отбором.

Не исключено, что специфика МНС оказывает влияние и на другие проявления биологической индивидуальности. Непонятной (но, вряд ли, случайной) является экспрессия на поверхности клеток аутологичных (собственных) пептидов в комплексе с МНС-I. Более того, на долю чужих антигенов приходится ничтожная часть пептидов, встраиваемых в молекулы I класса. Возможно, за этим скрыт механизм, поддерживающий иммунологическую толерантность к собственным тканям, но смысл может быть и другим. Замечено, например, что МНС-генотип влияет на сексуальное поведение животных. При спаривании мыши отдают предпочтение партнерам гетерологичных линий, т.е. особям с другим МНС-генотипом. Поразительно, но речь скорее всего идет о способности дифференцировать структурные особенности МНС по запаху, т.е. продукты МНС-аллельных генов играют роль феромонов. В этом есть логика. Она нацелена на повышение генетического полиморфизма популяции.

Естественно, для человека это невозможно. Но утеряв функцию выбора сексуального партнера, HLA-система «пытается» защитить его от появления HLA-гомозигот. Было проведено сопоставление совместимых по антигенам HLA классов I и II супругов в группе с нормально протекающей беременностью и в группе с беременностью, неоднократно прерывавшейся спонтанным абортом. Оказалось, что в группе с физиологически протекающей беременностью более чем в половине случаев муж и жена были полностью несовместимы по HLA-II. Количество HLA-совместимых пар по антигенам класса I составило около 2%. Напротив, в группе женщин с привычной невынашиваемостью только 26% супружеских пар оказались несовеместимыми по антигенам HLA-I; совместимость по антигенам класса II наблюдалась более чем в половине случаев (цит. Р.М.Хаитов, Л.П.Алексеев. Физиологическая роль главного комплекса гистосовместимости человека. Иммунология, 2001, № 3, С. 4-12).

1От англ. B С ell R eceptor.

2 Мембраносвязанная и секреторная формы иммуноглобулинов образуются благодаря альтернативному сплайсингу первичного ДНК-транскрипта (мРНК). Секреторная форма лишена трансмембранного фрагмента, необходимого для закрепления молекулы на клеточной мембране.

3 На определенных этапах «доантигенной» дифференцировки В-лимфоциты содержат mIgD. Его участие в индукции иммунного ответа остается неясным. В отличие от IgM, лишь ничтожная часть IgD cекретируется в среду.

4 mIg вместе с CD79a и CD79b образует рецепторный комплекс В-лимфоцитов (BCR-комплекс).

1От англ. T С ell R eceptor.

1 Вместе с TCR компоненты CD3 образуют рецепторный комплекс Т-лимфоцитов (TCR-

комплекс). Цепи TCR экспрессируются на клеточной мембране только в сочетании с CD3.

1 Средняя вероятность полной MHC(HLA)-идентичности двух произвольно взятых людей приближается к 1 на 1 000 000 (цит. Р.М.Хаитов, Л.П.Алексеев. Физиологическая роль главного комплекса гистосовместимости человека. Иммунология, 2001, № 3, С. 4-12).

1β2-микроглобулин легко сбрасывается с клетки, и его определение в крови и моче использует

ся в диагностике некоторых (прежде всего гематологических) заболеваний.

1Цит. Р.М. Хаитов и соавт. Достижения иммуногенетики – медицине. Иммунология, 1999, № 1, с. 10-17

1 Речь идет не об одновременной презентации, а о потенциальной способности связывать разные

антигенные пептиды.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К.И. Скрябина»

Кафедра Иммунологии

На тему: «Главный комплекс гистосовместимости, его основные биологические функции»

Выполнила:

Студентка 2 курса ФВМ 14 группы СО

Матвеева О.В.

Москва 2014г.

Введение

2. МНС функции

4. МНС 1 класса

5. МНС 2 класса

6. МНС 3 класса

Введение

Развитие медицины на некотором этапе показало зависимость процессов, протекающих в организме от особенностей генетического строения. Как выяснилось, закономерность этих процессов заложена в структуре молекулы ДНК. Изучая такие закономерности, можно прогнозировать заболевания, определять риск и предрасположенность к данному заболеванию, разрабатывать профилактические мероприятия. Весьма распространенными заболеваниями являются инфекционные, поэтому их изучение имеет значительное практическое применение. В данной работе изучается зависимость наличия тех или иных совокупностей генов и ряда инфекционных заболеваний.

Открытие и исследование системы гистосовместимости человека HLA, МНС у животных, (Human Leukocyte Antigen - человеческий антиген лейкоцитов) является одним из важнейших достижений медицины и биологии ХХ века. Знания в этой области накапливаются чрезвычайно быстро. Так, первый антиген системы HLA-MAK - был открыт в 1954 г. Доссе, а в настоящее время уже установлено более 100 антигенов. Система HLA является одной из наиболее изученных среди сложных генетических систем человека, и МНС у животных. Столь быстрые темпы накопления знаний обусловлены значением изучения данной системы для решения таких важных проблем медицины, как трансплантация органов и тканей, борьба с онкологическими и аутоиммунными заболеваниями.

В последние годы было установлено, что система гистосовместимости принимает непосредственное участие в регуляции иммунного ответа, и сами гены иммунного ответа входят в состав этой системы или тесно связаны с нею. Сформировалось также представление о роли антигенов системы HLA в развитии кооперативного иммунного ответа и поддержании иммунологического гомеостаза в целом.

1. Главный комплекс гистосовместимости (МНС)

Главный комплекс гистосовместимости - это группа генов и кодируемых ими антигенов клеточной поверхности, которые играют важнейшую роль в распознавании чужеродного и развитии иммунного ответа.

Открытие MHC произошло при исследовании вопросов внутривидовой пересадки тканей. Генетические локусы, ответственные за отторжение чужеродных тканей, образуют в хромосоме область, названную главным комплексом гистосовместимости (MHC)

Затем, первоначально в гипотетической, на основании клеточной феноменологии, а затем в экспериментально хорошо документированной форме с использованием методов молекулярной биологии было установлено, что Т-клеточный рецептор распознает не собственно чужеродный антиген, а его комплекс с молекулами, контролируемыми генами главного комплекса гистосовместимости. При этом и молекула MHC и фрагмент антигена контактируют с ТКР.

MHC кодирует два набора высокополиморфных клеточных белков, названных молекулами MHC класса I и класса II. Молекулы класса I способны связывать пептиды из 8-9 аминокислотных остатков, молекулы класса II - несколько более длинные.

Высокий полиморфизм молекул MHC, а также способность каждой антигенпрезентирующей клетки (АПК) экспрессировать несколько разных молекул MHC обеспечивают возможность презентации T-клеткам множества самых различных антигенных пептидов.

Следует отметить, что хотя молекулы MHC и называются обычно антигенами, они проявляют антигенность только в том случае, когда распознаются иммунной системой не собственного, а генетически иного организма, например, при аллотрансплантации органов.

Наличие в МНС генов, большинство из которых кодирует иммунологически значимые полипептиды, заставляет думать, что этот комплекс эволюционно возник и развивался специально для осуществления иммунных форм защиты.

Существуют еще и молекулы MHC класса III, но молекулы MHC класса I и молекулы MHC класса II являются наиболее важными в иммунологическом смысле.

ген высокополиморфный иммунный клеточный

2. МНС функции

Молекулы MHC первоначально идентифицировали по их способности вызывать отторжение трансплантата, они выполняют в организме и другие биологически важные функции. Во-первых, они принимают непосредственное участие в инициации иммунного ответа, контролируя молекулы, представляющие антиген в иммуногенной форме для его распознавания цитотоксическими T-клетками и хелперными T-клетками. В этот процесс включены гены LMP и TAP как вспомогательные при образовании иммуногенного комплекса этих молекул с антигеном. Во-вторых, в МНС локализованы гены, контролирующие синтез иммунорегуляторных и эффекторных молекул - цитокинов ФНО-альфа, ФНО-бета, а также некоторых компонентов комплемента.

Следует отметить их роль в качестве поверхностных клеточных маркеров, распознаваемых цитотоксическими T- лимфоцитами и T-хелперами в комплексе с антигеном. Молекулы, кодируемые комплексом Tla (область части генов MHC), вовлечены в процессы дифференцировки, особенно у эмбриона, а возможно, и в плаценте. MHC принимает участие в самых разных неиммунологических процессах, многие из которых опосредованы гормонами, например, регуляция массы тела у мышей или яйценоскости кур. Молекулы MHC класса I могут входить в состав гормональных рецепторов. Так, связывание инсулина заметно снижается, если с поверхности клетки удалить антигены MHC класса I, но не класса II. Кроме того, описаны случаи ассоциации продуктов MHC с рецепторами глюкагона, эпидермального фактора роста и гамма-эндорфина.

3. МНС антигены, общая характеристика

Антигены главного комплекса гистосовместимости (MHC) - это группа поверхностных белков различных клеток организма, играющих ключевую роль в опосредованных клетками иммунных реакциях. Антигены MHC кодируются комплексом генов, обозначаемым HLA у человека и H-2 у мыши.

Первоначально молекулы MHC (антигены MHC) идентифицировали по их способности вызывать сильные трансплантационные реакции. Выяснилось, что у каждого вида позвоночных существует одна группа тесно сцепленных генетических локусов, имеющая решающее значение при трансплантации ткани от одной особи другой особи внутри одного и того же вида (аллотрансплантация). Хотя антигенам MHC принадлежит ведущая роль в отторжении трансплантатов в случае несовпадения донора и реципиента по этим антигенам, данный феномен является лишь частным случаем проявления их биологической функции, и название MHC связано с тем, что именно при трансплантации исследователи впервые столкнулись с проявлением функции генов и антигенов гистосовместимости.

Поверхностные рецепторы T-лимфоцитов узнают антиген лишь в том случае, если он находится на поверхности клетки в комплексе с антигенами MHC, этот процесс носит название " представление антигена ". Аналогичную роль молекулы MHC выполняют и в B-клеточном ответе.

Таким образом, помимо того, что эта группа сцепленных генетических локусов (MHC) контролирует иммунный ответ на аллотрансплантаты, данная группа локусов играет важнейшую роль в контроле клеточных взаимодействий, лежащих в основе физиологических иммунных реакций: молекулы, кодируемые MHC, связываются с пептидными антигенами, вследствие чего эти антигены узнаются специфичными рецепторами T- и B-лимфоцитов.

Многие свойства, связанные с MHC, не являются генетически неделимыми и локализованы в разных участках генетической карты. MHC содержит три класса генов. Поэтому принято подразделять продукты MHC на антигены класса I, II и III. Многие черты MHC свойственны в большей степени одному или другому классу, хотя очевидно, что в той или иной мере некоторые качества характерны для обоих классов. Различия функций, определяемых антигенами класса I и II, отражаются в структурных различиях основных субъединиц антигенов.

Обнаружено две группы антигенов MHC (антигенов MHC класса I и антигенов MHC класса II), участвующих в регуляции иммунного ответа. Эти группы антигенов по-разному экспрессируются на клетках организма и, хотя они выполняют однотипную функцию, между ними имеется "распределение обязанностей".

Антигены MHC класса I представляют собой антигены, синтезируемые самой клеткой (вирусные, опухолевые, собственные мутированные), в то время как антигены MHC класса II - это экзогенные (пришедшие извне) антигены.

Иммунный ответ против антигенов, которые представляются антигенпрезентирующими клетками Т-хелперам, в результате феномена генетической рестрикции развивается только при наличии у антигенпрезентирующих клеток антигенов гистосовместимости класса II собственного генотипа.

Цитотоксические T-лимфоциты (Т-киллеры) распознают клетки-мишени лишь при наличии на их поверхности антигенов MHC класса I собственного генотипа.

В том случае, когда взаимодействующие в иммунном ответе клетки несут различные аллели MHC, иммунный ответ развивается не против представляемого чужеродного антигена (например, вирусного или бактериального), а против отличающихся антигенов MHC. Данный феномен лежит в основе того, что антигены MHC обеспечивают распознавание в организме "своего" и "чужого".

Таким образом, благодаря указанным функциям антигенов MHC осуществляется выявление и удаление из организма как экзогенных антигенов, так и собственных трансформированных клеток.

4. МНС 1 класса

Молекулы MHC класса 1 экспрессируются на клеточной поверхности и представляют собой гетеродимер, состоящий из одной тяжелой альфа-цепи, нековалентно связанной с однодоменным бета2-микроглобулином, который встречается также в свободной форме в сыворотке крови их называют классическими трансплатационными антигенами.

Тяжелая цепь состоит из внеклеточной части (образующей три домена: альфа1-, альфа2- и альфа3-домены), трансмембранного сегмента и цитоплазматического хвостового домена. Каждый внеклеточный домен содержит примерно 90 аминокислотных остатков, и все их вместе можно отделить от клеточной поверхности путем обработки папаином.

В альфа2- и альфа3-доменах имеется по одной внутрицепочечной дисульфидной связи, замыкающей в петлю 63 и 68 аминокислотных остатков, соответственно.

Домен альфа3 гомологичен по аминокислотной последовательности C-доменам иммуноглобулинов, и конформация альфа3-домена напоминает складчатую структуру доменов иммуноглобулинов.

Бета2-микроглобулин (бета2-m) необходим для экспрессии всех молекул MHC класса I и имеет неизменную последовательность, но у мыши встречается в двух формах, различающихся заменой одной аминокислоты в позиции 85. По структуре этот белок соответствует C-домену иммуноглобулинов. Бета2-микроглобулин способен также нековалентно взаимодействовать с неклассическими молекулами класса I, например, с продуктами генов CD1.

В зависимости от вида и гаплотипа внеклеточная часть тяжелых цепей MHC класса I в разной степени гликозилирована.

Трансмембранный сегмент MHC I класса состоит из 25 преимущественно гидрофобных аминокислотных остатков и пронизывает липидный бислой, вероятнее всего, в альфа-спиральной конформации.

Основное свойство молекул I класса - связывание пептидов (антигенов) и представление их в иммуногенной форме для Т-клеток - зависит от доменов альфа1 и альфа2. Эти домены имеют значительные альфа- спиральные участки, которые при взаимодействии между собой образуют удлиненную полость (щель), служащую местом связывания процессированного антигена. Образовавшийся комплекс антигена с альфа1- и альфа2-доменами и определяет его иммуногенность и возможность взаимодействовать с антигенраспознающими рецепторами Т-клеток.

К классу I относятся антигены A, антигены AB и антигены AC.

Антигены класса I присутствуют на поверхности всех ядросодержащих клеток и тромбоцитов.

5. МНС 2 класса

Молекулы MHC класса II являются гетеродимерами, построенными из нековалентно сцепленных тяжелой альфа- и легкой бета-цепей.

Ряд фактов указывает на близкое сходство альфа- и бета-цепей по общему строению. Внеклеточная часть каждой из цепей свернута в два домена (альфа1, альфа2 и бета1, бета2, соответственно) и соединена коротким пептидом с трансмембранным сегментом (длиной примерно 30 аминокислотных остатков). Трансмембранный сегмент переходит в цитоплазматический домен, содержащий примерно 10-15 остатков.

Антигенсвязывающая область молекул MHC класса II формируется альфа-спиральными участками взаимодействующих цепей подобно молекулам I класса, но при одном существенном отличии: антигенсвязывающая полость молекул MHC класса II формируется не двумя доменами одной альфа-цепи, а двумя доменами разных цепей - доменами альфа1 и бета1.

Общее структурное сходство между двумя классами молекул MHC очевидно. Это - однотипность пространственной организации всей молекулы, количество доменов (четыре), конформационное строение антигенсвязывающего участка, близкие мол. веса.

В структуре молекул II класса антигенсвязывающая полость открыта больше, чем у молекул I класса, поэтому в ней могут поместиться более длинные пептиды.

Важнейшая функция антигенов MHC (HLA) класса II - обеспечение взаимодействия между Т-лимфоцитами и макрофагами в процессе иммунного ответа. Т-хелперы распознают чужеродный антиген лишь после его переработки макрофагами, соединения с антигенами HLA класса II и появления этого комплекса на поверхности макрофага.

Антигены класса II присутствуют на поверхности В-лимфоцитов, активированных Т-лимфоцитов, моноцитов, макрофагов и дендритных клеток.

6. МНС 3 класса

Гены MHC класса III, расположенные в пределах группы генов MHC или тесно сцепленные с ней, контролируют некоторые компоненты комплемента C4 и C2, а также фактор B, находящиеся в плазме крови, и на поверхности некоторых клеток. И в отличие от молекул MHC классаI и класса II не не участвуют в контроле иммунного ответа.

7. МНС иммунобиологические свойства комплекса

Изучение экспрессии молекул I и II классов MHC на различных типах клеток выявило более широкое тканевое распространение молекул I класса в сравнении с молекулами II класса. Если молекулы I класса экспрессируются практически на всех изученных клетках, то молекулы II класса экспрессируются, в основном, на иммунокомпетентных клетках или клетках, принимающих относительно неспецифическое участие в формировании иммунного ответа, таких, как клетки эпителия.

Представительство молекул I класса почти на всех типах клеток коррелирует с доминирующей ролью этих молекул в отторжении аллогенного трансплантата. Молекулы II класса менее активны в процессе тканевого отторжения. Сравнительные данные о степени участия молекул I и II классов MHC в некоторых иммунных реакциях демонстрируют, что некоторые свойства МНС в большей степени связаны с одним из классов, тогда как другие являются характерной особенностью обоих классов.

8. Геномная организация MHC: общая характеристика

Главный комплекс гистосовместимости расположен у человека на 6-й, а у мышей - на 17-й хромосоме и занимает значительный участок ДНК, включающий до 4*106 пар оснований или около 50 генов. Основной особенностью комплекса является значительная полигенность (наличие нескольких неаллельных близкосцепленных генов, белковые продукты которых сходны в структурном отношении и выполняют идентичные функции) и ярковыраженный полиморфизм - присутствие многих аллельных форм одного и того же гена. Все гены комплекса наследуются по кодоминантному типу.

Полигенность и полиморфизм (структурная вариабельность) определяют антигенную индивидуальность особей данного вида.

Все гены MHC делятся на три группы. Каждая группа включает гены, контролирующие синтез полипептидов одного из трех классов MHC (I, II и III). Между молекулами первых двух классов имеются выраженные структурные различия, но при этом по общему плану строения все они однотипны. В то же время между продуктами генов класса III, с одной стороны, и классов I и II, с другой стороны, не найдено никакого функционального или структурного сходства. Группа из более чем 20 генов класса III вообще функционально обособлена - некоторые из этих генов кодируют, например, белки системы комплемента (C4, C2, фактор B) или молекулы, участвующие в процессинге антигена.

Область локализации генов, кодирующих комплекс молекул MHC мыши, обозначается как H-2, для человека - HLA.

Список использованной литературы

1.Воронин Е.С., Петров А.М., Серых М.М., Девришов Д.А. Иммунология - М.: Колос-Пресс. 2002г. 408л.

2. Сочнев А.М., Алексеев Л.П., Тананов А.Т. Антигены системы HLA при различных заболеваниях и трансплантации. - Рига, 1987.

3. Зарецкая Ю. М., Клиническая иммуногенетика. - М.: Медицина. 1983. - 208 с.

4.Ярилин А.А, Основы иммунологии - Медицина, 1999г. 305с.

5. Иммунология. В. Г. Галактионов Издательство: МГУ, 1998г.- 480с.

6. Иммунология. А. Ройт, Дж. Бростофф, Д. Мейл Издательство: Мир 2001г. 592.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

История открытия витамина К, его основные формы, физико-химические свойства, источники и метаболизм. Обмен витамина К в организме, участие в свертывании крови. Профилактическое и лечебное применение витамина К при болезнях печени, желудка и кишечника.

реферат , добавлен 22.05.2013


Механизмы регуляции иммунного ответа и нейроиммунное взаимодействие. Глюкокортикоидные гормоны и иммунологические процессы. Нейропептиды и регуляция иммунного ответа. Регуляция иммунного ответа адренокортикотропным гормоном, тиротропином, соматотропином.

презентация , добавлен 20.04.2015


Изучение особенностей центральной модуляции функций иммунной системы посредством центрально обусловленных изменений уровня различных гормонов в крови. Описание путей и механизмов регуляции иммунного ответа. Гормональная регуляция иммунного ответа.

презентация , добавлен 17.05.2015


Определение понятия иммунного ответа организма. Пути и механизмы регуляции иммунного ответа с помощью нейромедиаторов, нейропептидов и гормонов. Основные клеточные регуляторные системы. Глюкокортикоидные гормоны и иммунологические процессы в организме.

презентация , добавлен 20.05.2015


Основные структуры мозга, регулирующие интенсивность иммунного ответа: заднее и переднее гипоталамическое поле, гиппокамп, ретикулярная формация среднего мозга, ядра шва и миндалины. Регуляция иммунного ответа аргинин-вазопрессином и окситоцином.

презентация , добавлен 06.04.2015


Пути и механизмы регуляции иммунного ответа. Нейроиммунное взаимодействие, его направления и принципы. Регуляция иммунного ответа адренокортикотропным гормоном, тиротропином, соматотропином. Глюкокортикоидные гормоны и иммунологические процессы.

презентация , добавлен 11.03.2015


Особенности и биохимическая основа патогенеза атеросклероза. Взаимоотношение воспаления и атеросклероза, его роль в развитии болезни. Действие на процессы клеточной адаптации вирусов и токсинов, изменение функции генов, деструкция клеточных мембран.

доклад , добавлен 02.12.2010


Понятие иммунного ответа организма, регулирование его интенсивности нейрогуморальным способом. Особенности осуществления модуляции функций иммунной системы. Нервная и гуморальная регуляция иммунного ответа. Механизм нейроиммунного взаимодействия.

презентация , добавлен 13.04.2015


Пути и механизмы регуляции иммунного ответа: доиммунные (проникновение антигена в ткани и сорбция антигена в лимфоидной ткани) и иммунные. Нейропептиды, симпатический и парасимпатический отделы вегетативной нервной системы и регуляция иммунного ответа.

презентация , добавлен 23.12.2014


Первичные и врожденные нарушения нормального иммунного статуса, обусловленные дефектом одного или нескольких механизмов иммунного ответа. Факторы, определяющие неспецифическую резистентность. Действие гормонов, нейромедиаторов и пептидов на клетки.

3610 0

Возбудители, такие как бактерии и вирусы, могут проникать в клетки организма и заражать их. При этом Т-клетки организуют иммунный ответ против клеток, содержащих проникший микроорганизм. Как Т-клеткам удается распознавать инфицированные клетки и вообще присутствие любого чужеродного белка-антигена в клетках организма-хозяина?

Если сказать кратко, в настоящее время известно, что белки внутри клетки разделяются на более мелкие фрагменты - пептиды. Некоторые из них ассоциируются с молекулами МНС I или II класса, а образовавшийся комплекс перемещается на поверхность клетки, где может быть распознан Т-клеткой с соответствующим рецептором. В присутствии усиливающих сигналов Т-клетка активируется и инициирует иммунный ответ на распознанный антиген.

Все события, которые сопровождают образование пептидов из белка внутри клетки, связывание пептидов с молекулами МНС, представление комплексов МНС - пептид на поверхности клетки для распознавания Т-клетками, в целом называют процессингом и презентацией антигена В этом феномене молекулы МНС играют ключевую роль, и поэтому, как уже было отмечано ранее, говорят о МНС-рестрикции Т-клеточного ответа. Функции молекул МНС I и II классов в Т-клеточном ответе, однако, различны.

У всех исследованных видов позвоночных функция молекул МНС I класса состоит в презентации пептидов, полученных из белковых антигенов, CD8+-Т-клеткам. По этой причине принято говорить, что СD8+-Т-клетки подвергаются МНС-рестрикции I класса. В отличие от них основная функция молекул МНС II класса - представление антигенов CD4+-T-клеткам, поэтому они подвергаются МНС-рестрикции II класса.

Как пептиды, полученные из белковых антигенов, связываются с молекулами МНС? Далее описано, как процессинг двух разных групп белковых антигенов: экзогенных и эндогенных, приводит к связыванию пептидов с молекулами МНС I или II класса и как образование такого комплекса активирует разные группы Т-клеток.

Ответы на экзогенные антигены: образование комплексов молекула МНС II класса - пептид

Как следует из названия, экзогенными являются антигены, захваченные внутрь клетки обычно путем эндоцитоза или фагоцитоза. Экзогенные антигены являются фрагментами патогенных микроорганизмов (например, бактерий и вирусов) или чужеродных белков (например, белка куриного яйца или эритроцитов барана), которые хотя и не вредят организму-хозяину, активируют иммунный ответ. Особенно важны ответы на экзогенные антигены, захватываемые АПК - дендритными клетками, В-лимфоцитами или макрофагами.

На рис. 9.5 показаны процессинг и презентация типичного экзогенного антигена - белка, введенного в качестве компонента инактивированной или «мертвой» вирусной вакцины. Попадая внутрь клетки, белок оказывается во внутриклеточной вакуоли, которая впоследствии сливается с существующими эндосомами или лизосомальными вакуолями. Эндосомы и лизосомы обладают очень кислой средой (рН около 4) и содержат целый ряд разрушительных ферментов, включая протеазы и пептидазы. Предполагается, что также протеазы, как катепсины, которые действуют в кислой среде, вовлечены в избирательное разрезание белков в этих вакуолях.

На рис. 9.5 также изображено, что закисленные вакуоли, содержащие фрагменты белков, встречаются внутри клетки с вакуолями, которые содержат вновь синтезированные молекулы МНС II класса. Цепи α и β молекулы МНС II класса синтезируются на рибосомах шероховатого эндоплазматического ретикулума. Внутри него эти цепи связываются с молекулой CD74 - инвариантной цепью (Ii). Одна из областей CD74 взаимодействует с полостью только что синтезированной молекулы МНС II класса, предотвращая связывание с пептидами, которые могут находиться в эндоплазматическом ретикулуме. (Это может запустить процессинг эндогенных антигенов, описанный в следующем подразделе.)

Молекула CD74 выступает также в роли «шаперона» для вновь синтезированных цепей МНС II класса: взаимодействие с CD74 позволяет α-и β-цепям покинуть эндоплазматический ретикулум и попасть в комплекс Гольджи, а оттуда включиться в формирование эндоцитозных вакуолей с кислой средой. В кислой среде вакуолей CD74 удаляется из молекулярного комплекса. Вначале CD74 разрушается протеолитическими ферментами, и от него остается только фрагмент CLIP, связанный с полостью молекулы МНС II класса.

Затем вакуоли, содержащие молекулы МНС II класса, связанные с СLIР, сплавляются с вакуолями, обладающими кислой средой (эндосомами/лизосомами), которые содержат пептиды, полученные в ходе катаболизма экзогенных антигенов. В этих образованиях молекула, которую называют HLA-DM, облегчает замену пептида в комплексе молекула МНС II класса - CLIP на пептиды, образовавшиеся из экзогенного антигена. Так формируется комплекс молекула МНС II класса- пептид, который перемещается к поверхности клетки, где он может взаимодействовать с CD4+-Т-клетками, экспрессирующими рецептор, соответствующий антигену.

Рис. 9.5. Образование комплексов антигенных пептидов экзогенного происхождения с молекулами МНС II класса: N инвариантная цепь; CLIP - фрагмент CD74, который связывается с полостью молекулы МНС II класса

Катаболизм типичного белкового антигена приводит к образованию нескольких пептидов (на рис. 9.5 показаны только три). На рис. 9.6 показано, что связывание молекулы МНС II класса и пептидов, прошедших процессинг, является селективным: отдельный пептид связывается с высокой аффинностью с несколькими, но не со всеми молекулами МНС. Эта селективность основана на силе взаимодействия между аминокислотами в составе полости, связывающей белки, в молекуле МНС и аминокислотами в составе пептидов, появившихся в результате процессинга.

На рис. 9.6 пептид 35-48 (числа обозначают позиции аминокислот в белковой последовательности) предпочтительно связывается с HLA-DR4, а пептид 110-122 - с HLA-DP2 у человека, организм которого экспрессирует эти молекулы. Поэтому мы можем назвать пептиды 35-48 и 110-122 иммунодоминантными Т-клеточными эпитопами обсуждаемого белка у данного человека, поскольку они связываются с молекулами МНС, презентируются и активируют СD4+-Т-клетки.

Рис. 9.6. Избирательное связывание процессированных пептидов различными аллелями МНС II класса. Числа соответствуют позициям аминокислот в последовательности белкового антигена

Процессинг эндогенных антигенов происходит скорее в цитоплазме, нежели в вакуолях с кислой средой, в которых обрабатываются экзогенные антигены. Главный механизм образования пептидных фрагментов в цитоплазме связан с прохождением белка через гигантский белковый комплекс - протеазому. Этот комплекс раскалывает белок на пептиды длиной около 15 аминокислот. Цитозольные ферменты (аминопептидазы) удаляют из пептидов еще больше аминокислот. Некоторые пептиды разрушаются, но некоторые (длиной 8-15 аминокислот) избирательно транспортируются в эндоплазматический ретикулум пептидным транспортером, продуктом двух генов, ТАР-1 и ТАР-2.

Рис. 9.7. Процессинг эндогенного антигена с участием молекул МНС I класса: β2m -β2-микроглобулин

В эндоплазматическом ретикулуме пептиды, транспортированные из цитозоля, связываются с вновь синтезированными молекулами МНС 1 класса: рис. 9.7 также показывает, что молекулы МНС I класса и цепи β2-микроглобулина отдельно синтезируются в эндоплазматическом ретикулуме и здесь же объединяются. Так же, как и в случае вновь синтезированных молекул МНС II класса, стабилизировать структуру собранных в эндоплазматическом ретикулуме молекул МНС I класса и цепей β2-микроглобулина и направить комплекс пептид - МНС I класса - β2-микроглобулин сквозь клетку помогают дополнительные белки. Наиболее изученными дополнительными белками, уникальными для транспортировки МНС I класса в эндоплазматический ретикулум, являются тапазин и шаперон калретикулин.

Молекулы МНС I класса предпочтительно связывают пептиды длиной 8-9 аминокислот, т.е. более короткие, чем те, что связываются с молекулами МНС II класса, поскольку полость в связующем участке закрыта с обоих концов. Результаты недавних исследований показали, что обычно пептиды, достигающие эндоплазматического ретикулума, разрушаются аминопептидазами, которые отрезают одну аминокислоту за другой до полного разрушения пептида. «Спасаются» только пептиды длиной 8-9 аминокислот, если связываются с вновь синтезированной молекулой МНС I класса.

Как и в случае взаимодействия пептид - МНС II класса, связывание пептидов с молекулами МНС I класса селективно и определяется последовательностью и структурой пептида и связующей полости МНС I класса. Пептид, связывающийся с молекулой МНС I класса в эндоплазматическом ретикулуме, проходит через комплекс Гольджи к клеточной поверхности, где презенти-руется СD8+-Т-клеткам, экспрессирующим соответствующий антигенный рецептор.

Другие пути процессинга и презентации антигенов

В предыдущих подразделах было описано, как пептиды из эндогенных и экзогенных антигенов взаимодействуют с вновь синтезированными молекулами МНС I и II классов на пути их следования к клеточной поверхности. Данные также наводят на мысль, что пептиды могут связываться с некоторыми молекулами МНС на клеточной поверхности или с молекулами МНС, не содержащими пептиды, или за счет вытеснения прежде связанных пептидов. Пептиды могут также пересекаться с молекулами МНС, которые уже были экспрессированы на поверхности клеток и затем рециркулировали с поверхности назад в клетку.

Таблица 9.1. Сравнение свойств и функций молекул МНС I и II классов

Такие АПК, как дендритные клетки и макрофаги, также имеют уникальный путь для образования пептидов, презентируемых СD8+-Т-клеткам, - перекрестное примирование. Эти АПК могут захватывать экзогенные белковые антигены и обрабатывать их по пути МНС I класса (в дополнение к пути МНС II класса). Предполагается, что этот путь играет важную роль в активации CD8+-T-клеток в ответах на инфицированные вирусом клетки и некоторые опухоли.

В табл. 9.1 сравниваются свойства молекул МНС I и II классов и роль этих молекул в обработке (процессинге) и презентации антигенов.

Какие антигены запускают ответ каких Т-клеток?

Уже было рассказано, как экзогенные белковые антигены захватываются АПК, перерабатываются в органеллах с кислым содержимым, которые пересекаются с молекулами МНС II класса, перемещающимися своим путем, и активируют CD4+-Т-клетки. Можно сказать, что почти все без исключения белки бактерий, вирусов, аллергены (белки, запускающие аллергический ответ) или полностью безвредные антигены запускают ответ СD4+-Т-клеток. Также было рассмотрено, как из белков, извлеченных из возбудителей, инфицировавших клетки, - бактерий и вирусов, создаются эпитопы (по эндогенному пути или путем перекрестного примирования), которые презентируются СD8+-Т-клеткам. Таким образом, белки, извлекаемые из этих инфекционных агентов, активируют CD4+- и СD8+-Т-клетки.

Заметим, что пути процессинга в большей степени, чем свойства антигенов, определяют, представляется ли белок CD4+- или СD8+-Т-клеткам. Это положение хорошо иллюстрирует перекрестное примирование, при котором экзогенный антиген перерабатывается по пути МНС I класса и презентируется СD8+-Т-клеткам. Антигены, которые введены в цитоплазму, могут создавать пептиды для представления СD8+-Т-клеткам; этот подход может быть полезен для создания ответов на опухолевые антигены.

Рис. 9.8. Распознавание различных антигенов TCR. (А) Суперантиген связывается с Vβ. (Б) Презентация гликолипида молекулой CD1

Суперантигены - это другая категория белковых антигенов. У человека к ним в первую очередь относятся бактериальные токсины, такие как стафилококковый энтеротоксин. У мыши суперантигенами могут быть также продукты некоторых вирусов. Суперантигены связываются с молекулами МНС II класса без предварительного процессинга, но, как показано на рис. 9.8, А, бактериальные суперантигены связываются с участком молекулы МНС II класса вне связывающей пептид полости.

На рис. 9.8, А также показано, что суперантигены связываются с Vβ-областью TCR независимо от экспрессируемой Vα-области. Характерно, что суперантигены связываются с частью Vβ-участка TCR, кодируемого в зародышевой линии, а не с его частью, которая формируется при реаранжировке V-, D- или J-сегментов β-цепи TCR. Таким образом, поскольку существует только около 25 эмбриональных генов Vβ и каждый суперантиген связывает от одной до нескольких эмбриональных последовательностей Vβ, то суперантиген может активировать большое количество Т-клеток организма - до 10 %, что намного больше, чем обычные антигены.

Распознавание липидов

За последние 10 лет выяснилось, что Т-клетки могут распознавать липиды и гликолипиды так же хорошо, как антигены, извлеченные из белков. Т-клеточный ответ на липидные и гликолипидные продукты клеточной стенки, извлеченные из микобактерий, хорошо известен. На рис. 9.8, Б показано, что гены и продукты семейства, названного CD1, участвуют в презентации этих липидов и гликолипидов. Молекулы CD1 имеют отдаленное родство с семейством молекул МНС I и II классов, и предполагают, что они составляют третье семейство антигенпрезентирующих молекул, обеспечивающих презентацию Т-клеткам липидных и гликолипидных антигенов, извлеченных из микробных возбудителей.

Молекулы CD1 являются неполиморфными гликопротеинами клеточной поверхности, не относящимися к семейству МНС. Они экспрессируются в ассоциации с β2-микроглобулинами на таких АПК, как дендритные и В-клетки. Соединение липидных антигенов с CD1, как предполагают, происходит в клеточных везикулах с кислым содержимым, так же как и при погружении экзогенных пептидов в молекулы МНС II класса. На рис. 9.8, Б показано, что структура кристаллизованных молекул CD1 сходна со структурой молекул МНС I класса, но у CD1 есть больший связывающий участок с глубокой полостью.

Полость, вероятно, связывает гидрофобную основу липидного антигена; поляризованный участок липида или гликолипида помещается в желобок для связывания с Т-клеточным рецептором. Было показано, что разные представители семейства CD1 представляют антигены γδ+- и αβ+-Т-клеткам и субпопуляции αβ+-Т-клеток, называемой 1МК1.1-СD4-Т-клетки. т.е. клеткам, которые экспрессируют одновременно поверхностные молекулы натуральных киллеров и Т-клеток.

Связывание молекулами МНС пептидов, полученных из собственных молекул

Теперь известно, что феномены процессинга и презентации антигенов являются компонентами нормальной физиологической жизнедеятельности клетки. Другими словами, белки, которые обычно находятся внутри клетки, - собственные белки - превращаются и метаболизируются тем же путем. Например, рибосомальные или митохондриальные белки разрушаются внутри клетки и пептиды, получившиеся из этих молекул, связываются с молекулами МНС. Действительно, молекулы МНС, экстрагированные из клеток, почти всегда содержат пептиды, выделенные из таких собственных белков.

Однако собственные пептиды, связанные с молекулами МНС, обычно не активируют Т-клетки; одна из причин этого состоит в том, что Т-клетки, реактивные к собственным молекулам, удаляются или инактивируются в ходе дифференцировки в тимусе. Тем не менее известно, что зрелые Т-клетки, потенциально способные реагировать с собственными молекулами, можно обнаружить за пределами тимуса.

Почему эти Т-клетки не активируются? Учитывая, что клетки организма буквально купаются в море собственных белков, которые они постоянно процессируют и связывают с молекулами МНС, не менее важно узнать, как человеку удается отвечать на крошечные количества чужеродных белков. Это принципиально важные вопросы, поскольку Т-клетка должна быть способна выделить среди множества нормальных клеток собственного организма, на которые не требуется вызвать иммунный ответ, клетку, инфицированную возбудителем, на который необходимо развить иммунный ответ, чтобы его уничтожить.

Вероятно, ответ на эти вопросы заключается в том, что для активации иммунного ответа патогенные микроорганизмы используют дополнительные более выраженные эффекты, чем те, что обеспечивают активацию лимфоцитов только при взаимодействии с выделенным пептидом, связанным с молекулами МНС. Главный эффект, который вызывают возбудители, заключается в индукции костимуляторной функции, также называемой вторыми сигналами, в специализированных клетках, которые представляют антиген Т-клеткам. Костимуляторные сигналы необходимы для активации наивных Т-клеток (т.е. никогда ранее не встречавшихся с антигеном).

В отличие от патогенов пептиды, полученные из собственных белков, обычно взаимодействуют с Т-клетками на клетках нормальной ткани (например, печени или селезенки), которые не экспрессируют сигналов с костимуляторной функцией; в этом случае Т-клетки не активируются. Даже если пептиды, полученные из собственной молекулы, презентируются АПК в ткани, Т-клетки не активируются. Это происходит благодаря тому, что АПК в тканях обычно не экспрессируют костимуляторных сигналов в отсутствие чужеродного антигена или воспалительного ответа. Эта необходимость в дополнительных сигналах и наличии комплексов МНС-пептид означает, что Т-клетки не будут отвечать на собственные компоненты, а будут отвечать на чужеродные потенциально опасные антигены.

Некоторые ученые предполагали, что экспозиция чужеродного антигена может индуцировать повреждение ткани («гипотеза опасности») и что сигналы опасности, генерируемые таким образом, активируют Т-клетки. Эту гипотезу предложили, чтобы объяснить, почему Т-клетки отвечают на чужеродные белки и не отвечают на собственные. Согласно гипотезе собственные белки не образуют сигналов опасности. Для оценки и подтверждения этой гипотезы необходимы дальнейшие исследования.

Неспособность отвечать на антиген

Как уже описано в предыдущих подразделах, на клетках любого организма экспрессируется небольшое число разных молекул (антигенов) МНС I класса (6) и II класса (обычно от 10 до 20 у людей; 6 у мышей). Для того чтобы развить Т-клеточный ответ, хотя бы один пептид, полученный в результате процессинга, должен связаться с одной из этих молекул МНС. Пептид, который не делает этого, не вызывает Т-клеточного ответа. Поэтому вполне вероятно, что некоторые организмы будут отвечать на небольшой пептид, а другие особи, отличные по антигенам МНС, не будут. Подобная ситуация может возникнуть, если нескольким людям инъецируют белковую вакцину; кто-то сформирует на нее ответ, а кто-то - нет.

Если из целого антигена не удается выделить ни одного пептида, способного связаться с молекулой МНС, то в таком организме Т-клеточный ответ на этот конкретный антиген не разовьется. Этот тип нечувствительности к целому антигену может возникнуть, например, при ответе на синтетические полимеры аминокислот, которые содержат очень небольшое количество эпитопов. У патогенных микроорганизмов обычно множество эпитопов, поэтому неспособность к ответу на естественные (природные) патогены встречается крайне редко.

Различия в молекулах МНС: связь МНС с устойчивостью или восприимчивостью к заболеваниям

Полиморфизм является серьезным препятствием для приживления ткани, трансплантированной от одного организма к другому, поскольку очень маловероятно, что два случайных индивидуума будут генетически идентичны. Поскольку почти каждый вид позвоночных вырабатывает подобные различные наборы генов и молекул МНС, поддержание разнообразия МНС должно иметь какое-то биологическое преимущество для вида в целом.

Считается, что поддержание разнообразия молекул МНС является важным механизмом, который используют человек и животные, чтобы защитить себя от массы патогенных организмов. Чтобы проиллюстрировать это положение, представим ситуацию, при которой в популяции существует только одна молекула МНС, а вновь возникший возбудитель не продуцирует эпитоп, способный с ней связаться. В этом крайнем случае Т-клеточный ответ не будет активирован, и может исчезнуть целый вид. Таким образом, поддержание большого числа генов и молекул МНС в пределах вида значительно снижает риск такого негативного эффекта от одного возбудителя.

Пример того, как разнообразие аллелей МНС может влиять на прогрессирование заболевания, был получен при исследовании пациентов, инфицированных ВИЧ-1. У индивидуумов, гетерозиготных (т.е. экспрессирующих разные продукты с отцовской и материнской хромосом) по одному или более локусу HLA I класса, СПИД развивался позднее, чем у гомозиготных (экспрессирующих одинаковые продукты с генов обеих хромосом) индивидуумов. Одним из возможных объяснений этого является то что гетерозиготы по HLA могут презентировать своим Т-клеткам более широкий спектр пептидов, полученных от возбудителей, чем гомозиготы, и поэтому у них более вероятно развитие какого-либо типа защитного ответа.

В последние годы стало понятно, что экспрессия определенного аллеля МНС является одним из важнейших факторов, определяющих восприимчивость или устойчивость к различным инфекционным агентам. У людей экспрессию специфических аллелей HLA связывают с чувствительностью или устойчивостью к нескольким возбудителям разных инфекционных заболеваний, таким как Т-лимфотропный вирус человека первого типа (HTLV-1), вирус гепатита В, возбудители лепры, малярии, туберкулеза, а также склонностью к быстрому прогрессированию СПИДа.

Подобные связи восприимчивости и резистентности с МНС были показаны и для других видов, в частности болезнь Марека (вирусное заболевание кур) и вирус бычьего лейкоза у коров. Практически для всех известных примеров болезней или состояний, связанных с определенным аллелем МНС, точные механизмы, связывающие обладание геном с началом или прогрессированием заболевания, пока не определены. У пациентов с определенными аллелями HLA существует больший риск развития определенных аутоиммунных или воспалительных болезней.

Другие гены области МНС

Картирование областей МНС у людей и мышей показало, что они содержат намного больше генов (и псевдогенов), чем зоны кодирования полиморфных молекул МНС I и II классов, описанные в этой главе. Область МНС между генами I и II классов содержит гены МНС III класса, которые кодируют компоненты сывороточной системы комплемента С2, С4 и фактор В. У людей эта область также содержит и несколько различных генов: два цитокина (факторы некроза опухоли α и β), два белка теплового шока (hsp 70-1 и 70-2) и 21-гидроксилазу (фермент, участвующий в метаболизме стероидов). Были идентифицированы дополнительные человеческие (HLA-E, F и G) и мышиные гены МНС I класса (Qa и TLa), значительно менее полиморфные, чем гены I класса.

Функция продуктов большинства этих генов в настоящее время не очень понятна, но они могут участвовать в презентации антигенов для Т-клеток. Предполагается, что экспрессия HLA-G клетками трофобласта плаценты является одним из механизмов, предотвращающих отторжение плода организмом матери.

Область МНС II класса также содержит не только гены, кодирующие молекулы клеточной поверхности, которые описаны в этой главе. В частности, это гены HLA-DM и HLA-DO в области II класса у человека (М и О у мышей). Как было описано ранее, HLA-DM катализирует замену пептидов (CLIP, который образуется из инвариантной цепи) на пептид из чужеродного белка. Ген HLA-DO экспрессируется только в В-лимфоцитах и эпителиальных клетках тимуса; белок работает как отрицательный регулятор пептидного обмена, опосредованного HLA-DM.

Гены, которые кодируют молекулы, вовлеченные в путь презентации антигена с участием МНС I класса, - белковые транспортные молекулы ТАР-1 и ТАР-2 и главные субъединицы протеазомы LMP-2 и LMP-7, - также находятся в области МНС II класса. Почему все эти гены объединены в комплекс, который передается по наследству в единстве с генами, кодирующими основные молекулы межклеточных взаимодействий, в настоящее время науке неизвестно.

Выводы

1. Молекулы МНС играют ключевую роль в ответе Т-клеток на антигены, которые проникают в клетки организма или живут в них. Эти молекулы связывают пептиды, полученные из антигенных белков, и презентируют их Т-клеткам с соответствующим рецептором. Поэтому говорят о МНС-рестрикции Т-клеточного ответа

2. Область МНС кодирует две большие группы трансмембранных поверхностных клеточных молекул - I и II классы. Молекулы МНС I класса экспрессируются на всех ядросодержащих клетках. Молекулы МНС II класса экспрессируются конститутивно только на АПК, таких как В-клетки или дендритные клетки. Экспрессию молекул МНС II класса можно индуцировать на клетках многих типов, особенно в ответ на цитокины, которые выделяются при ответе на инфекционные агенты.

3. Каждый индивидуум экспрессирует набор разных молекул МНС I и II классов. Эти различия появляются из-за того, что у конкретных организмов внутри вида встречаются множество слегка отличающихся форм (аллелей) генов МНС обоих классов (генетический полиморфизм). Благодаря выраженному полиморфизму каждый человек обладает почти уникальным набором наследуемых генов МНС.

4. Внутри одного организма молекулы МНС I и II классов одинаковы на всех клетках; их экспрессия на клеточной поверхности кодоминантна (т.е. присутствуют продукты как с материнской, так и с отцовской хромосомы).

5. На внешней области каждой молекулы МНС I и II классов находится глубокая бороздка (полость), которая связывает пептиды, полученные в результате катаболизма (процессинга) белковых антигенов. Пептиды с молекулами МНС связываются селективно. Каждая молекула МНС связывает свой набор пептидов с определенным мотивом.

6. Экзогенные белковые антигены захватываются внутрь АПК и процессируются до пептидов в вакуолях с кислой средой, где взаимодействуют с молекулами МНС II класса. Комплекс пептид - молекула МНС II класса транспортируется на поверхность клетки, где взаимодействует с TCR, экспрессируемым СD4+-Т-клеткой. Говорят о рестрикции ответа CD4+-T-клеток молекулами МНС II класса (собственными молекулами МНС II класса).

7. Эндогенные белковые антигены, в основном принадлежащие инфекционным патогенам, проникают внутрь клетки и процессируются до пептидов в цитозоле. Пептиды, полученные из этих белков, взаимодействуют с молекулами МНС I класса внутри эндоплазматического ретикулума. Комплекс пептид-молекула МНС I класса транспортируется на поверхность клетки, где взаимодействует с TCR, экспрессируемым CD8+-T-клеткой. Говорят о рестрикции ответа СD8+-Т-клеток молекулами МНС I класса (собственными молекулами МНС I класса).

8. Поскольку белки являются достаточно сложными структурами, обычно образуется хотя бы один пептид, способный связаться с молекулой МНС, что обеспечивает Т-клеточный ответ по меньшей мере на какую-то часть чужеродного антигена.

9. Молекулы МНС связывают пептиды, полученные из собственных белков, так же как и от чужеродных антигенов, но комплексы молекул МНС с собственными пептидами в нормальных условиях не активируют Т-клеточный ответ. Это связано с тем, что обычно собственные молекулы не генерируют костимуляторные (вторые) сигналы, необходимые для активации наивных Т-клеток. Т-клеточный ответ сфокусирован на противодействии чужеродным (несобственным) молекулам, в частности компонентам микроорганизмов, которые запускают костимуляторные функции.

10. Восприимчивость или устойчивость к большинству болезней у людей и других видов связана с экспрессией определенного аллеля МНС.

Р.Койко, Д.Саншайн, Э.Бенджамини

ГЕНЕТИКА ГЛАВНОГО КОМПЛЕКСА ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ

МНС (Major Histocompatibility Complex) - главный комплекс гистосовместимости - система генов, кодирующих антигены, определяющих функционирование иммунной системы

HLA (Human Leucocyte Antigen) - главный комплекс гистосовместимости человека

История открытия

Открытие МНС.

Нобелевская премия 1980 г.

Жан Доссе

Открыл первый антиген гистосовместимости человека (HLA)

Джордж Снелл

Открыл антигены гистосовместимости у мыши (комплекс Н-2)

Барух Бенацерраф

Открыл гены иммунного ответа (Ir-гены)

Функции МНС

• · Распознавание «свой - чужой» - реакция отторжения трансплантата, РТПХ (реакция трансплантат против хозяина)
• · Регуляция взаимодействий клеток иммунной системы - рестрикция вовлечения в иммунный ответ лимфоцитов, через презентацию АГ
• · Регуляция силы иммунного ответа на антиген - гены иммунного ответа (Ir) - от англ. immune response

ХАРАКТЕРИСТИКИ МНС

Гены комплекса MHC (в отличие от генов TCR и Ig) не подвергаются рекомбинации.

Механизм их приспособления к вариабельности (неограниченному множеству потенциальных АГ) заключается в их генетическом полиморфизме, полигенности и кодоминантном типе наследования

ПОЛИМОРФИЗМ

Существование большого количества различных специфичностей HLA-генов в пределах каждого локуса. Гены отличаются между собой по нуклеотидным последовательностям, входящим в вариабельный участок ДНК

ПОЛИГЕННОСТЬ

Наличие нескольких неаллельных близкосцепленных генов, белковые продукты которых сходны в структурном отношении и выполняют идентичные функции

ПОЛИГЕННОСТЬ и ПОЛИМОРФИЗМ

Система HLA, включает гены

1 класса: А, В, С; 2 класса: DR, DP, DG

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ КАРТА МНС

Номер хромосомы человек - 6р 21.1-21.3

Гены MHC делятся на три группы.

Каждая группа включает гены, контролирующие синтез полипептидов одного из трех классов MHC

· MHC-I класс

Гены групп HLA-A, HLA-B и HLA-C кодируют молекулы MHC класса I.

· MHC-II класс

Гены групп HLA-DP, HLA-DQ и HLA-DR кодируют молекулы MHC класса II. гистосовместимость генетический полиморфизм вирусный

• · MHC-III обозначает область между MHC-I и MHC-II, здесь картированы гены, кодирующие некоторые компоненты системы комплемента (C4a и C4b, С2, фактора В), цитокинов - (TNF-б и лимфотоксина), 21-гидроксилазы (фермента, участвующего в биосинтезе стероидных гормонов) и др.
• · Неклассические гены не принадлежат ни к одному из классов MHC. Описано 6 таких генов в области расположения генов MHC-I (Е, F, G, Н, J, X), и 6 - в области MHC-II (DM, DO, CLIP, TAP, LMP, LNA)

НАСЛЕДОВАНИЕ МНС

Гены MHC кодоминантны, т.е. одновременно экспрессируются гены материнской и отцовской хромосом. Генов MHC-I по 3 (А, В, С) в каждой из гомологичных хромосом, генов MHC-II - также по 3 (DP, DQ, DR); следовательно, если у матери и отца нет одинаковых аллелей, то каждый человек имеет как минимум 12 различных основных аллелей каждого гена MHC классов I и II, вместе взятых.

Кодоминантность

Известно около 2000 аллельных генов.

Аллели HLA I класса - более 900

Аллели HLA II класса - более 600

Продукты генов МНС играют центральную роль в распознавании «свой-чужой» при иммунном реагировании

СТРОЕНИЕ

классических МНС

Класс I

Класс II

ЛОКУСЫ ЛОКУСЫ

А, В, С DP, DQ, DR

МНС I класса

Молекула I класса состоит из 2-х цепей. Тяжелой б-цепи и легкой в2-микроглобулина

б-цепь, включает три фрагмента: внеклеточный, трансмембранный и цитоплазматический.

Внеклеточный содержит 3 домена - б1, б2 и б3. Связывание антигенного пептида происходит в щели, образованной б1- и б2-доменами.

Экзонная организация генов, кодирующих б-цепь молекул I класса

• 1 экзон, кодирующий сигнальный пептид,
• 4 экзона, кодирующие 3 внешних и трансмембранный домены,
• 2 экзона, кодирующие небольшой цитоплазматический домен

Экспрессия и функции МНС 1 класса

Экспрессия антигены представлены на всех клетках, тканях и органах, поэтому они являются главными трансплантационными антигенами.

• · Реакция отторжения трансплантата;
• · Рестрикция активности цитотоксических реакций Т-киллеров.

Презентация АГ

MHC-I «обслуживают» зону цитозоля, сообщающегося через ядерные поры с содержимым ядра. Здесь происходит фолдинг синтезированных белковых молекул.

При возникновении ошибок (в том числе и при синтезе вирусных белков) белковые продукты расщепляются в мультипротеазных комплексах (протеосомы). Образующиеся пептиды связываются с молекулами MHC-I, которые представляют T-лимфоцитам внутриклеточно образующиеся пептидные АГ. Поэтому CD8+ T-лимфоциты, которые распознают комплексы АГ с MHC-I, участвуют в первую очередь в защите от вирусных, а также внутриклеточных бактериальных инфекций

Этапы подготовки вирусных белков к взаимодействию с молекулами I класса главного комплекса гистосовместимости

I этап - разрушение вирусных белков, находящихся в цитозоле, с помощью протеазного комплекса - протеосомы.

II этап - транспорт образовавшихся пептидов во внутреннее пространство эндоплазматического ретикулума с помощью ТАР-1 и ТАР-2, образующих гетеродимер на эндоплазматической мембране.

III этап - встреча транспортируемых пептидов с молекулами I класса МНС. Взаимодействие пептида с молекулой I класса приводит к отсоединению калнексина. Образовавшийся комплекс пептид: молекула I класса готов к дальнейшему транспорту к плазматической мембране.

IV этап - комплекс через аппарат Гольджи транспортируется к клеточной поверхности, вирусный пептид в комплексе с молекулой I класса МНС становится доступным (иммуногенным) для его распознавания TCR

МНС II класса

Молекула II класса гетеродимер из двух нековалентно связанных цепей б и в, каждая из которых включает два домена: б1, б2 и в1, в2 (соответственно). Антигенсвязывающую областьобразуют б1- и в1-домены.

Экзонная организация генов, кодирующих б и в-цепи молекул II класса

• 1 экзон кодирует лидерную последовательность.
• 2 и 3 экзоны - первые (б-1 или в-1) и вторые (б-2 или в-2) внешние домены соответственно.
• 4 экзон кодирует трансмембранный участок и часть цитоплазматического фрагмента.
• 5 и 6 экзон - цитоплазматический «хвост»

Экспрессия и функции МНС II класса

Экспрессия антигены представлены на макрофагах, В-лимфоцитах и активированных Т-лимфоцитах.

Реакция трансплантат против хозяина

Рестрикция взаимодействий:

• · Т-h1
• · Т-h2

MHC-II. Зона «обслуживания» связана с внеклеточной средой и с клеточными органоидами (аппарат Гольджи, ЭПС, лизосомы, эндосомы и фагосомы).

Пептиды, образующиеся в данной зоне, имеют внеклеточное происхождение - это продукты протеолиза белков, захваченных клеткой посредством эндоцитоза или фагоцитоза. Молекулы MHC-II с помощью кальнексина экспонируются внутрь везикул (эндосом или фаголизосом) и только здесь, связавшись с пептидным АГ, принимают необходимую конформацию для дальнейшей экспрессии на мембране клетки.

Таким образом, молекулы MHC-II осуществляют представление АГ при развитии иммунных реакций на внеклеточные инфекции. Главную роль в этих реакциях играют CD4+ T-лимфоциты, распознающие АГ в комплексе с MHC-II. Этапы подготовки вирусных белков к взаимодействию с молекулами II класса главного комплекса гистосовместимости.

I этап - поглощение бактерий или их токсинов фагоцитирующей, способной к презентации антигена клеткой и разрушение захваченного материала до отдельных пептидов в фаголизосомах.

II этап - во внутреннем пространстве ЭПР происходит сборка молекул II класса, которые до встречи с пептидом комплексированы со с инвариантной цепью (Ii). Этот белок защищает молекулу II класса от случайной встречи с бактериальными пептидами в эндоплазматическом ретикулуме. Комплекс молекулы II класса с Ii покидает эндоплазматический ретикулум в составе вакуоли.

III этап - вакуоль, содержащая комплекс молекулы II класса с Ii, сливается с фаголизосомой. Протеазы разрушают Ii белок и снимают запрет на взаимодействие МНС II с бактериальными пептидами. Комплекс пептид + МНС II в составе секреторной вакуоли перемещается к мембране. Результат - экспрессия АГ пептида в комплексе с МНС II класса на клеточной поверхности.

Это обеспечивает доступность АГ пептида для TCR Т-клеток.

СРАВНЕНИЕ МНС I и II класса

Строение молекул HLA класса II принципиально сходно со строением молекул I класса, несмотря на различие в составе образующих их субъединиц.

ТМ - трансмембранный домен, ЦИТ - цитоплазматический домен, ВК - внеклеточный домен

Экспрессия на клеточной мембране

1646 0

Структура молекул главного комплекса гистосовместимости I класса

На рис. 9.3, А показана общая схема молекулы главного комплекса гистосовместимости (МНС) I класса человека или мыши. Каждый ген МНС I класса кодирует трансмембранный гликопротеин, молекулярной массой около 43 кДа, который обозначается как α или тяжелая цепь. Он включает три внеклеточных домена: α1, α2 и α3. Каждая молекула МНС I класса экспрессируется на клеточной поверхности в нековалентной связи с инвариантным полипептидом , называемым β2-микроглобулином (β2-m молекулярная масса 12 кДа), который кодируется на другой хромосоме.

Рис. 9.3. Разные изображения молекулы главного комплекса гистосовместимости I класса

Он имеет структуру, гомологичную единичному домену Ig, и в самом деле является представителем этого суперсемейства. Таким образом, на клеточной поверхности структура МНС I класса плюс β2m имеет вид четырехдоменнои молекулы, в которой к мембране примыкают домен α3 молекулы МНС I класса и β2m.

Последовательности различных аллельных форм молекул главного комплекса гистосовместимости I класса очень схожи. Различия аминокислотных последовательностей среди молекул МНС сосредоточены на ограниченном участке их внеклеточных доменов α1 и α2. Таким образом, индивидуальная молекула МНС I класса может быть разделена на неполиморфную, или инвариантную, область (одинаковую для всех аллельных форм 1 класса) и полиморфную, или вариабельную, область (уникальную последовательность для данного аллеля). Т-клеточные молекулы CD8 связываются с инвариантными областями всех молекул главного комплекса гистосовместимости I класса.

Все молекулы МНС I класса, подвергнутые рентгеновской кристаллографии, имеют одинаковую общую структуру, изображенную на рис. 9.3, Б и В. Наиболее интересной особенностью строения молекулы является то, что максимально удаленная от мембраны часть молекулы, состоящая из доменов α1 и α2, имеет глубокую бороздку или полость. Эта полость в молекуле МНС I класса является местом связывания пептидов. Полость напоминает корзину с неровным дном (сплетенную из аминокислотных остатков в виде плоской β-складчатой структуры), а окружающие стенки представлены α-спиралями. Полость закрыта с обоих концов, поэтому в нее вмещается цепочка, состоящая из восьми или девяти аминокислотных последовательностей.

Сравнивая последовательности и структуру полости у разных молекул главного комплекса гистосовместимости I класса, можно обнаружить, что дно каждой из них различно и состоит из нескольких карманов, специфичных для каждого аллеля (рис. 9.3, Г). Форма и заряд этих карманов на дне полости помогают определить, какие пептиды связываются с каждой аллельной формой молекулы МНС. Карманы также помогают закрепить пептиды в таком положении, в котором они могут распознаваться специфичными TCR. На рис. 9.3, Г и 8.2 показано взаимодействие пептида, размещенного в полости, и участков молекулы МНС I класса с Т-клеточным рецептором.

Центр связанного пептида - единственная часть белка, не спрятанная внутри молекулы главного комплекса гистосовместимости, - взаимодействует с CDR3-TCR α и β, которые являются наиболее вариабельными в Т-клеточном рецепторе. Это означает, что для распознавания пептида TCR необходим контакт с небольшим количеством аминокислот центра пептидной цепочки.

Отдельная молекула МНС I класса может связываться с разными пептидами, но преимущественно с теми, которые обладают определенными (специфичными) мотивами (последовательностями). Такими специфичными последовательностями являются инвариантно расположенные 8 - 9 аминокислотных остатков (якорные последовательности), обладающие высоким сродством к аминокислотным остаткам в пептидсвязывающей полости данной молекулы МНС. При этом аминокислотные последовательности в позициях, не являющихся якорными, могут быть представлены любым набором аминокислотных остатков.

Так, например, человеческая молекула I класса HLA-А2 связывается с пептидами, имеющими во второй позиции лейцин, а в девятой - валин; в отличие от нее другая молекула HLA-A связывает только белки, у которых в якорную последовательность входят фенилаланин или тирозин в позиции 5 и лейцин в позиции 8. Другие позиции в связываемых пептидах могут быть заполнены любыми аминокислотами.

Таким образом, каждая из молекул главного комплекса гистосовместимости может связываться с большим количеством пептидов, обладающих различными аминокислотными последовательностями. Это помогает объяснить, почему ответы, опосредованные Т-клетками, могут развиться, за редким исключением, по меньшей мере к одному эпитопу почти всех белков и почему случаи отсутствия иммунного ответа на белковый антиген очень редки.

Структура молекул главного комплекса гистосовместимости II класса

Гены α и β МНС II класса кодируют цепи массой около 35000 и 28000 Да соответственно. На рис. 9.4, А показано, что молекулы МНС II класса, как и I класса, являются трансмембранными гликопротеинами с цитоплазматическими «хвостами» и внеклеточными доменами, похожими на Ig; домены обозначают α1, α2, β1, и β2.

Молекулы главного комплекса гистосовместимости II класса также являются членами суперсемейства иммуноглобулинов. Как и у молекул МНС I класса, в состав молекулы МНС II класса входят вариабельные, или полиморфные (различные у разных аллелей), и инвариабельные, или неполиморфные (общие для всех аллелей), области. T-клеточная молекула CD4 прикрепляется к неизменяемой части всех молекул главного комплекса гистосовместимости II класса.

Рис. 9.4. Разные изображения молекулы главного комплекса гистосовместимости II класса

На вершине молекулы МНС II класса также есть выемка или полость, способная связываться с пептидами (рис. 9.4, Б и В), которая структурно аналогична полости молекулы МНС I класса. Однако в молекуле главного комплекса гистосовместимости II класса полость формируется путем взаимодействия доменов разных цепочек, а и р. На рис. 9.4, В показано, что дно полости молекулы МНС II класса состоит из восьми β-складок, причем домены α1 и β1 образуют по четыре из них каждый; спиральные фрагменты доменов α1 и β1 формируют каждый по одной стенке полости.

В отличие от полости молекулы МНС I класса полость молекулы главного комплекса гистосовместимости II класса открыта с обеих сторон, что позволяет связывать более крупные белковые молекулы. Таким образом, полость молекулы МНС II класса может связывать пептиды, длина которых варьирует от 12 до 20 аминокислот в линейной цепочке, при этом концы пептида оказываются за пределами полости. На рис. 9.4, Г показано, что TCR взаимодействует не только с пептидом, связанным с молекулой МНС II класса, но и с фрагментами самой молекулы главного комплекса гистосовместимости II класса.

Пептиды, которые связываются с различными молекулами МНС II класса, также должны обладать определенными мотивами (последовательностями); поскольку длина пептидов в этом случае более вариабельна, чем у пептидов, которые могут прикрепляться к молекуле МНС I класса, мотивы чаше располагаются в центральной области пептида, т.е. в том месте, которое соответствует внутренней поверхности полости молекулы главного комплекса гистосовместимости II класса.

Р.Койко, Д.Саншайн, Э.Бенджамини