Интернет-журнал 'Домашняя лаборатория', 2008 №5 - Журнал «Домашняя лаборатория»

При отторжении трансплантата главная роль принадлежит особой разновидности лимфоцитов Т-лимфоцитам-киллерам, "убийцам". Эти лимфоциты несут на своей наружной мембране антителоподобные рецепторы — рецепторы Т-клеток (РТК). РТК специфически распознают антиген, находящийся на мембране чужеродных клеток, и обеспечивают прикрепление киллера к клетке-мишени, что необходимо для осуществления киллером своей смертоносной функции. Для того чтобы киллеры убили клетку-мишень, они должны прикрепиться к ее мембране и выделить в просвет между киллером и мишенью особый белок, "продырявливающий" мембрану клетки-мишени, в результате чего клетка гибнет. После этого они открепляются от мишени и переходят на другую клетку, и так несколько раз. При повторной встрече организма с антигеном образуется больше антител и киллеров, они появляются в более короткие сроки, чем при первой встрече, и их специфичность во взаимодействии с антигеном возрастает. В этом и проявляется иммунологическая память, и на этом основан эффект вакцинации.

Как устроены антитела и рецепторы лимфоцитов? Очевидно, что их структура должна быть необычной, так как они строго специфически распознают громадное множество различных антигенов — любой чужеродный белок, полисахарид или синтетическую молекулу, вообще в природе не встречающуюся. При этом антитела и Т-лимфоциты, как правило, не реагируют с белками и клетками собственного организма. Как природа решает эту задачу?

Принцип строения антитела и РТК представлен на рисунке 2. Антитело состоит из двух идентичных пар полипептидных цепей: Н (Heavy — тяжелых) с молекулярным весом примерно 50 000 и L (Light — легких) — примерно 25 000. Цепи соединены друг с другом ковалентными (дисульфидными) связями (рис. 2а).

Рецептор лимфоцитов, в отличие от антител, — гетеродимер, состоящий из пары различных цепей — а и Ь с молекулярным весом около 50 000, соединенных между собой одной дисульфидной связью. Н-, L-, а- и b-цепи имеют сходный план строения и относятся к одному большому суперсемейству белков — иммуноглобулинов. В основе их структуры лежит сходное повторяющееся звено (домен), состоящее примерно из 110 аминокислот, свернутых в глобулы, напоминающие друг друга (см. рис. 2, где эти звенья обозначены как прямоугольники). Каждый домен в молекуле антитела или РТК выполняет свою биологическую функцию, а наиболее важную из них — распознавание и связывание с антигеном — осуществляют концевые домены (см. рис. 2).

Пара концевых доменов (один из Н-цепи, другой из L-цепи, а в РТК — один из a-цепи, другой из b-цепи) образуют активный центр, уникальную по структуре полость, распознающую в молекуле антигена небольшие дискретные участки, состоящие из 4–8 аминокислот. Эти участки антигена подходят к структуре активного центра, "как ключ к замку", образуя прочные нековалентные связи антигена с антителом. Разные антитела (и РТК также) отличаются друг от друга структурой активных центров. На химическом уровне отличие активных центров определяется первичной структурой концевых доменов Н- и L-, а- и b-цепей, то есть последовательностью аминокислот в них. Участки Н и L цепей (равно как а и Ь), образующие "стенки" активного центра, носят название вариабельных (или V) районов. Остальная часть молекул постоянна и носит название константного (С) района. Вариабельных районов среди молекул антител тысячи, константных — единицы. Главная функция вариабельных районов — образование активных центров антител и РТК. Разнообразие активных центров очень велико, не менее 107–108, что вполне достаточно для более или менее специфического распознавания любого произвольно взятого антигена. Таким образом, структура антител и РТК, а точнее их активных центров, обеспечивает узнавание любого чужеродного белка или полисахарида, попавшего в организм.

Рис. 2. Принципиальная схема строения антител и рецепторов Т-клеток (РТК).

Н и L — тяжелая и легкая цепи антител соответственно, VL и VH — вариабельные районы соответственно легких и тяжелых цепей; Va и Vb — вариабельные районы а- и b-цепей; Акт. ц. — активные центры антител и РТК. Прямоугольники — повторяющиеся сходные звенья (домены) в структуре полипептидных цепей; М — клеточная мембрана.

1 D — от diversity (разнообразие), J — от Joining (соединяющий).

V' — фрагмент гена контролирует первые 95 аминокислот в V-доменах,

D — от 2 до 10 и J — от 5 до 15 (см. рис. 3).

Генетический контроль синтеза антител

Как же осуществляется контроль синтеза полипептидных цепей, один из районов которых постоянно варьирует при переходе от одного антитела (или РТК) к другому (вариабельный, V-район), а остальные строго постоянны (константные, Cl-районы). Эта задача решается благодаря уникальному генетическому механизму — независимому генетическому контролю V- и С-районов, составляющих одну полипептидную цепь, и сборке гена, контролирующего вариабельный район, из фрагментов в процессе созревания лимфоцита.

Гены, контролирующие структуру одной полипептидной цепи антитела или РТК, объединены в семейства, расположенные в одном участке хромосомы. При этом гены, соответствующие V-районам, "разорваны" на 2 или 3 фрагмента — основной V' и один или два дополнительных — D и J 1. V'-фрагментов в геноме недифференцированных лимфоцитов много — от 50 до 1000 для разных цепей и все они отличаются друг от друга по своей структуре. D представлены несколькими десятками копий, a J — единичными, причем каждая из копий имеет уникальную структуру. В процессе созревания лимфоцита фрагменты V-гена объединяются на случайной основе в V'DJ-ген (рис. 3), причем число возможных сочетаний равно произведению числа V'-, D- и J-генов. Для различных цепей антител или РТК число вариантов от тысячи до десятков тысяч.

Рис. 3. Упрощенная схема семейства антител (а) и сборки гена, контролирующего вариабельный район антитела (б).

а — Принципиальная схема участка хромосомы, включающего семейства вариабельных (V') и константных (С) генов. Численность V'-генов в отдельных семействах варьирует в зависимости от типа цепей и вида животных от 50 до 1000, а С-генов от 1 до 9.

б — Сборка V-гена из фрагментов. V' — фрагмент гена, контролирующий первые 95 аминокислот V-района; D — короткий фрагмент, контролирующий от 2 до 10 аминокислот, начиная с 96. (Число D — до 20, в зависимости от типа цепи и вида животных); J — короткий концевой фрагмент V-гена, контролирующий от 5 до 15 аминокислот концевого района V-гена. Районы ДНК, разделяющие V'-D и D-J вырезаются и утрачиваются при сборке гена. Транскрибируется (то есть переписывается в информационную РНК) лишь собранный VDJ ген. Расстояние от VDJ до С-гена вырезается и утрачивается при синтезе информационной РНК.

Кроме того, в процессе сборки возможны ошибки и химические модификации объединяющихся фрагментов, что резко увеличивает число возможных комбинаций. Дальнейшее разнообразие активных центров возникает за счет объединения вариабельных районов