Антигенна функция. Антигени. Свойства на антигените, структура и основни функции. Антигени: определение, основни свойства. Антигени на бактериални клетки. Практическо използване на бактериални антигени

Специални вещества, генетично чужди за нас, които провокират имунния отговор на организма чрез активиране на специфични В и/или Т лимфоцити, се наричат ​​антигени. Свойствата на антигените предполагат тяхното взаимодействие с антитела. Почти всяка молекулярна структура може да предизвика тази реакция, например: протеини, въглехидрати, липиди и др.

Най-често това са бактерии и вируси, които всяка секунда от живота ни се опитват да проникнат в клетките, за да прехвърлят и размножават своята ДНК.

Структура

Чуждите структури обикновено са полипептиди или полизахариди с високо молекулно тегло, но други молекули като липиди или нуклеинови киселини също могат да изпълняват своите функции. По-малките образувания стават това вещество, ако се комбинират с по-голям протеин.

Антигените се комбинират с антитяло. Комбинацията е много подобна на аналогията с брава и ключ. Всяка Y-образна молекула на антитяло има поне две свързващи области, които могат да се прикрепят към специфично място на антигена. Антитялото е в състояние да се свързва с идентични части от две различни клетки едновременно, което може да доведе до агрегация на съседни елементи.

Структурата на антигените се състои от две части: информационна и носител. Първият определя специфичността на гена. Той е отговорен за определени протеинови области, наречени епитопи (антигенни детерминанти). Това са фрагменти от молекули, които провокират имунната система да реагира, като я карат да се защитава и да произвежда антитела с подобни характеристики.

Носещата част помага на веществото да проникне в тялото.

Химичен произход

• протеини. Антигените обикновено са големи органични молекули, които са протеини или големи полизахариди. Те вършат работата си добре поради високото си молекулно тегло и структурна сложност.
• Липиди. Считани за по-ниски поради тяхната относителна простота и липса на структурна стабилност. Въпреки това, когато са прикрепени към протеини или полизахариди, те могат да действат като пълноценни вещества.
• Нуклеинова киселина. Слабо подходящи за ролята на антигени. Свойствата на антигените отсъстват от тях поради относителната им простота, молекулярна гъвкавост и бързо разпадане. Антителата към тях могат да бъдат произведени чрез изкуственото им стабилизиране и свързване с имуногенен носител.
• Въглехидрати (полизахариди). Сами по себе си са твърде малки, за да функционират сами, но в случай на антигени на червени кръвни клетки, протеинови или липидни носители могат да допринесат за необходимия размер, а полизахаридите, присъстващи като странични вериги, осигуряват имунологична специфичност.

Основни характеристики

За да бъде наречено антиген, едно вещество трябва да има определени свойства.

На първо място, той трябва да бъде чужд за организма, в който иска да влезе. Например, ако реципиент на трансплантация получи донорен орган с няколко големи разлики в HLA (човешки левкоцитен антиген), органът се възприема като чужд и впоследствие се отхвърля от реципиента.

Втората функция на антигените е имуногенността. Тоест, чуждо вещество, при проникване, трябва да бъде възприето от имунната система като агресор, да предизвика отговор и да го принуди да произведе специфични антитела, които могат да унищожат нашественика.

Много фактори са отговорни за това качество: структура, тегло на молекулата, нейната скорост и т.н. Важна роля играе колко чужда е тя за индивида.

Третото качество е антигенността - способността да предизвиква реакция в определени антитела и да се свързва с тях. За това са отговорни епитопите и от тях зависи вида, към който принадлежи враждебният микроорганизъм. Това свойство прави възможно свързването с Т-лимфоцити и други атакуващи клетки, но не може да предизвика имунен отговор.

Например, частици с по-ниско молекулно тегло (хаптени) са в състояние да се свържат с антитяло, но за да направят това, те трябва да бъдат прикрепени към макромолекула като носител, за да започне самата реакция.

Когато носещи антиген клетки (като червени кръвни клетки) се трансфузират от донор на реципиент, те могат да бъдат имуногенни по същия начин като външните повърхности на бактериите (капсула или клетъчна стена), както и повърхностните структури на други микроорганизми .

Колоидното състояние и разтворимостта са основни свойства на антигените.

Пълни и непълни антигени

В зависимост от това колко добре изпълняват функциите си, тези вещества са два вида: пълноценни (състоящи се от протеини) и непълни (хаптени).

Пълният антиген е способен да бъде имуногенен и антигенен едновременно, като индуцира образуването на антитела и влиза в специфични и видими реакции с тях.

Хаптените са вещества, които поради малкия си размер не могат да повлияят на имунната система и следователно трябва да се слеят с големи молекули, за да могат да ги доставят на „местопрестъплението“. В този случай те стават пълноценни, а хаптенната част е отговорна за специфичността. Определя се чрез in vitro реакции (изследване, проведено в лабораторни условия).

Такива вещества са известни като чужди или несобствени, а присъстващите в собствените клетки на тялото се наричат ​​авто- или собствени антигени.

Специфичност

• Вид - присъства в живи организми, принадлежащи към един и същи вид и имащи общи епитопи.
• Типично - среща се при напълно различни същества. Например, това е идентичността между стафилокока и съединителната тъкан на човека или червените кръвни клетки и чумния бацил.
• Патологични - възможни са необратими промени на клетъчно ниво (например от радиация или лекарства).
• Специфичен за етапа - произвежда се само на някакъв етап от съществуването (в плода по време на вътрематочно развитие).

Автоантигените започват да се произвеждат по време на неуспехи, когато имунната система разпознава определени части от собственото си тяло като чужди и се опитва да ги унищожи чрез синтез с антитела. Природата на такива реакции все още не е точно установена, но води до такива ужасни нелечими заболявания като васкулит, СЛЕ, множествена склероза и много други. При диагностицирането на тези случаи са необходими in vitro изследвания, които откриват бушуващи антитела.

Кръвни групи

На повърхността на всички кръвни клетки има огромен брой различни антигени. Всички те са обединени благодарение на специални системи. Общо те са повече от 40.

Еритроцитната група е отговорна за съвместимостта на кръвта по време на трансфузия. Тя включва например серологичната система ABO. Всички кръвни групи имат общ антиген - Н, който е предшественик на образуването на вещества А и В.

През 1952 г. е докладван много рядък пример от Мумбай, в който антигени A, B и H отсъстват от червените кръвни клетки. Тази кръвна група беше наречена "Бомбай" или "пета". Такива хора могат да приемат кръв само от собствената си група.

Друга система е Rh факторът. Някои Rh антигени са структурни компоненти на мембраната на червените кръвни клетки (RBC). Ако ги няма, мембраната се деформира и води до хемолитична анемия. Освен това Rh е много важен по време на бременност и неговата несъвместимост между майката и детето може да доведе до големи проблеми.

Когато антигените не са част от структурата на мембраната (напр. А, В и Н), тяхната липса не засяга целостта на червените кръвни клетки.

Взаимодействие с антитела

Това е възможно само ако молекулите и на двете са достатъчно близо, за да могат някои от отделните атоми да се поберат в допълващи се кухини.

Епитопът е съответната област от антигени. Свойствата на антигените позволяват повечето от тях да имат няколко детерминанти; ако две или повече от тях са идентични, тогава такова вещество се счита за многовалентно.

Друг начин за измерване на взаимодействието е авидността на свързване, която отразява цялостната стабилност на комплекса антитяло-антиген. Дефинира се като общата сила на свързване на всички негови места.

Антиген представящи клетки (APC)

Тези, които могат да абсорбират антигена и да го доставят на желаното място. В нашето тяло има три вида от тези представители.

• Макрофаги. Обикновено са в покой. Техните фагоцитни способности са значително подобрени, когато са стимулирани да влязат в активната си форма. Присъства заедно с лимфоцитите в почти всички лимфоидни тъкани.
• Характеризира се с дългосрочни цитоплазмени процеси. Основната им роля е да действат като чистачи на антигени. Те са нефагоцитни по природа и се намират в лимфните възли, тимуса, далака и кожата.

• В-лимфоцити. Те отделят на повърхността си вътремембранни имуноглобулинови (Ig) молекули, които функционират като рецептори за клетъчни антигени. Свойствата на антигените им позволяват да свързват само един вид чуждо вещество. Това ги прави много по-ефективни от макрофагите, които трябва да поглъщат всеки чужд материал, който им попадне.

Потомци на В клетки (плазмени клетки) произвеждат антитела.

Антигенът е вещество или форми на вещество, което при поглъщане в тялото може да предизвика (предизвика) имунен отговор. Такива вещества често се наричат ​​имуногени в медицинската литература. Процедурата за въвеждане на антиген в тялото се нарича имунизация.

Антигените (имуногените) са големи молекули с голямо молекулно тегло. Но има изключения, когато имунната система реагира на молекули, които не са твърде големи. Антиген може да се получи чрез свързване на малки молекули (например ароматни молекули) с голяма молекула (макромолекула), която ще бъде носител, а малката молекула в този случай се нарича хаптен. Случаите на незабавни или забавени алергични реакции често се свързват с хаптени.

В ролята антигенМоже да има различни предмети, съдържащи съответните вещества. Това могат да бъдат храни, полени, инсектициди, битови предмети, латекс, багрила, ксенобиотици, различни видове импланти, туморни клетки и много други предмети. По своята химическа природа антигените са протеини, полизахариди, фосфолипиди и техните комбинации.

Антигените носят признаци на чужда информация. Но какво точно и как имунната система на организма го разпознава? Имунната система разполага с разнообразен арсенал от клетъчни структури, които да разпознава и дестабилизира антигени. Т- и В-лимфоцитите играят важна роля в идентифицирането на антигена, те са надарени със специални рецептори (анализатори) за разпознаване на антиген. И с помощта на тези рецептори лимфоцитите анализират молекулите на външните мембрани на клетките и междуклетъчните тъкани на чужд обект. Произхождайки от органите на имунната система, лимфоцитите са снабдени с рецептори, които първоначално са „заострени“ за откриване на всеки тип антиген, влизащ в тялото, дори потенциално непознат за имунната система.

В-лимфоцитът намира антигена, абсорбира и започва процеса на разцепване на антигена, превръщайки го в антиген-представящ комплекс (набор от вещества, „смилаеми“ за Т-лимфоцита), подготвяйки го за представяне на Т-лимфоцита (без такава подготвителна работа Т-лимфоцитът не е в състояние да разпознае антигена). Т-лимфоцитът разпознава подготвен антиген, подходящ за него, и започва да се дели, тоест да образува клонинг на подобен Т-лимфоцит. Броят на такива клонове може да достигне няколко милиона и всеки има специфични рецептори за един и същ антиген. Клонингите са необходими, за да се гарантира, че има достатъчно Т-лимфоцитни клетки за всички антигенни молекули. Като елиминират антигенните молекули, Т-лимфоцитите набират други фагоцити да работят, за да премахнат антигените от тялото с тяхна помощ. Целият процес се нарича хуморален имунен отговор.

Има интересна особеност на имунната система да изгражда имунен отговор към антигени с помощта на Т-лимфоцити и В-лимфоцити или само с помощта на В-лимфоцити. В този смисъл всички антигени се разделят на тимус-зависими, когато участват Т- и В-лимфоцити и тимус-независими, когато участват само В-лимфоцити. Тимус-независимите антигени се означават като TH антигени.

Антителата са отговорът на имунната система към наличието на антиген в тялото. Антителата са молекули на имуноглобулини, специални разтворими протеини. В-лимфоцитите са отговорни за производството на антитела. Имуноглобулините свързват антигенните молекули, като ги неутрализират. След това, чрез фагоцитоза, молекулите се елиминират (отстраняват) от тялото. Антителата, т.е. имуноглобулините, имат уникалната способност да свързват антигенни молекули във формата, в която тези молекули навлизат в тялото (без предварителна обработка на молекулата, както в случая на Т-лимфоцитите), поради което имуноглобулините се наричат антиген-разпознаващи антиген-свързващи молекули. В такива случаи се отделя по-малко време за имунния отговор на организма. Такива имуноглобулини (антитела) участват в имунния отговор, когато става дума за наличие на тимус-независими антигени (TH-антигени) в организма.

Тази доста сложна схема на действие на имунната система, когато антиген навлезе в тялото, позволява на човек да се бори с вредни микроорганизми и вещества, осигурявайки бъдещия си живот.

Екзогенни, ендогенни;

Пълни и долни (хаптени, полу-хаптени);

Тимус-зависими и тимус-независими;

суперантигени;

хетерогенен;

автоантигени;

Тумори;

Бактериални (групоспецифични, видоспецифични, типоспецифични, О-, К-, Н-антигени и други);

вирусен;

гъбични;

Защитен;

изоантигени;

Антигени на основния комплекс на хистосъвместимостта.

Екзогенни антигени – влизат в тялото от околната среда, подлагат се на ендоцитоза и разцепване в Ag-представящи клетки (макрофаги, дендритни клетки на тимуса, фоликуларни процесни клетки на лимфните възли и далака, М-клетки на лимфните фоликули на храносмилателния тракт, Лангерхансови клетки на кожата). След това Ag детерминантата (епитоп), в комплекс с МНС клас II молекула, се вкарва в плазмената мембрана на Ag-представящата клетка и се представя на CD 4 + Т лимфоцити (Т хелперни клетки);

Ендогенни антигени - продукти на собствените клетки на тялото. Най-често това са анормални протеини на туморни клетки и вирусни протеини, синтезирани от инфектирани с вирус клетки гостоприемници. Техните антигенни детерминанти (епитопи) се представят в комплекс с молекулата на МНС клас I към CD 8 + Т-лимфоцити (Т-клетки убийци).

Пълен Ag – имат способността да индуцират образуването на антитела и да взаимодействат с тях;

Дефектен Ag (хаптени) – нискомолекулни вещества, които нямат способността да индуцират образуването на антитела и, но взаимодействат с готови специфични антитела. Хаптените придобиват свойствата на пълноценни антигени, когато се свързват с високомолекулни вещества, като протеини (schleppers). Хаптените включват лекарства, като антибиотици, които са способни да предизвикат имунен отговор, когато се свържат с протеини в тялото (албумин), както и с протеини на повърхността на клетките (червени кръвни клетки, бели кръвни клетки). В резултат на това се образуват антитела, които могат да взаимодействат с хаптена. Когато хаптенът се въведе отново в тялото, възниква вторичен имунен отговор, често под формата на алергична реакция, като анафилаксия;

Полухаптени – неорганични вещества – йод, бром, хром, никел, нитро група, азот и др. – чрез свързване с протеини, например кожата, те могат да причинят алергичен контактен дерматит (HCT), който се развива при многократен контакт на кожата с хромирани, никелирани предмети, нанасяне на йод върху кожата и др.

Тимус-зависими антигени – това са антигени, които изискват участието на Т-лимфоцити, за да предизвикат имунен отговор; това са повечето антигени;

Независим от тимуса – антигени, които са способни да стимулират синтеза на антитела без помощта на Т клетки, например LPS на бактериални клетъчни стени, синтетични полимери с високо молекулно тегло.

Суперантигени (бактериални ентеротоксини (стафилококови, холерни), някои вируси (ротавируси) и др. - специална група антигени, които в значително по-ниски дози от другите антигени предизвикват поликлонално активиране и пролиферация на голям брой Т-лимфоцити (повече от 20 %, докато обикновените антигени стимулират 0,01% от Т-лимфоцитите) Това произвежда много IL-2 и други цитокини, които причиняват възпаление и увреждане на тъканите.

Хетерогенен Ag – това са кръстосано реагиращи Ags, често срещани антигени в различни видове микроби, животни и хора. Това явление се нарича антигенна мимикрия. Например, хемолитични стрептококи от група А съдържат кръстосано реагиращи антигени (по-специално М-протеин), общи с антигените на ендокарда и гломерулите на човешките бъбреци. Такива бактериални антигени причиняват образуването на антитела, които реагират кръстосано с човешки клетки, което води до развитие на ревматизъм и постстрептококов гломерулонефрит. Причинителят на сифилис Има фосфолипидни антигени, подобни на фосфолипидите на сърцето на хора и животни, поради което кардиолипиновият антиген на говеждото сърце се използва за откриване на антитела срещу Treponema pallidum при серодиагностиката на сифилис (реакция на Васерман). Антиген на Форсман – открива се в еритроцити на овце, котки, кучета, бъбреци на морски свинчета, салмонела.

Автоантигени – това са ендогенни антигени, които предизвикват производството на автоантитела. Има:

- естествен първичен (нормална тъкан на очната леща, нервна тъкан и др.), Което е свързано с нарушение на автотолерантността,

Придобити вторични - продукти от увреждане на тъканите от микроби, вируси, изгаряния, радиация, студ, които възникват от собствените тъкани в резултат на промени в тъканите поради изгаряния, измръзване и излагане на радиоактивно лъчение.

Тумор (онкоантигени, Т-антигени ( tumor - тумор ) - в резултат на злокачествена трансформация на нормални клетки в туморни клетки, те започват да експресират (проявяват) специфични анормални антигени, които липсват в нормалните клетки. Откриването на туморни антигени чрез имунологични методи ще направи възможно ранното диагностициране на рак.

Бактериални антигени:

специфични за групата – общи антигени в различни видове от същия род или семейство,

специфични за вида – антигени, характерни за представители на един вид,

специфичен за типа – определяне на серологични варианти (серовари, серотипове) в рамките на един вид,

Н-антигени (флагелати) – протеинът флагелин, който е част от бактериалните флагели, е термолабилен;

О-антигени (соматични) – е LPS на Gr-бактерии, термостабилен. Епитопите на соматичния антиген са представени от хексози (галакторза, рамноза и др.) И аминозахари (N-ацетилглюкозамин, N-ацетилгалактозамин). При Gr+ бактериите соматичният антиген е представен от глицерил тейхоева и рибитол тейхоева киселина.

К-антигени (капсулни антигени) – са разположени в капсулата и са свързани с повърхностния слой липополизахарид на клетъчната стена. Те съдържат киселинни полизахариди, които включват галактуронова, глюкуронова и идуронова киселини. Капсулните антигени се използват за приготвяне на ваксини срещу менингококи, пневмококи и клебсиела. Въпреки това, прилагането на големи дози полизахаридни антигени може да предизвика толерантност. В Е. coli К-антигенът е разделен на фракции А (термостабилни), В, L (термолабилни). Вид К-антиген е повърхностният Vi-антиген (при Salmonella), който определя вирулентността на микроба и устойчивостта на патогена в бактериални носители.

Антигени на бактериите също са техните токсини, рибозоми и ензими.

Вирусен – а) суперкапсид (протеин и гликопротеин, например хемаглутинин и невраминидаза на грипния вирус), б) капсид (протеин), в) ядро ​​(нуклеопротеин).

Гъбични – дрождеподобните гъби Candida albicans съдържат полизахарид на клетъчната стена – манан, цитоплазмени и ядрени протеини. Сред тях са идентифицирани 80 антигена. Тези антигени причиняват незабавни (антитела класове Ig m, Ig G, Ig A, Ig E) и забавени (Т-клетъчни) реакции и сенсибилизация без клинични прояви. Гъбичните антигени имат имуностимулиращ и имуносупресивен ефект.

Защитен – това са антигенни детерминанти (епитопи) на микроорганизми, които предизвикват най-мощния имунен отговор, който осигурява имунитет към съответния патоген при повторна инфекция. Те са открити за първи път в ексудат на засегната тъкан по време на антракс. Най-имуногенните, защитни пептиди на вирусите се използват за създаване на синтетични ваксини.

Изоантигени – антигени, по които индивидите от един и същи вид се различават един от друг (например еритроцитни антигени - кръвногруповата система ABO, Rh фактор, левкоцитни антигени - основният комплекс за хистосъвместимост).

Антигени на основния комплекс на хистосъвместимостта – гликопротеини на клетъчните мембрани, които играят важна роля в имунния отговор, отхвърлянето на трансплантант и определят предразположението към определени заболявания. Спектърът от молекули на главния комплекс за хистосъвместимост е уникален за всеки организъм и определя неговата биологична индивидуалност, което позволява да се разграничи „собственият“ (хистосъвместим) от „чужди“ (несъвместим). Основният комплекс за хистосъвместимост е обозначен като MHC (Major Histocompability Complex). MHC антигените се обозначават по различен начин при различните видове животни: при мишки - H2 система, при кучета - DLA, при зайци - RLA, при прасета - SLA. При хората антигените на основния комплекс на хистосъвместимост се обозначават като HLA (човешки левкоцитни антигени), тъй като за клинични и експериментални цели левкоцитните антигени се определят като антигени на основния комплекс на хистосъвместимост. Човешките левкоцитни антигени са кодирани от гени, локализирани на хромозома 6. Въз основа на тяхната химична структура и функционално предназначение HLA се разделят на два класа.

МНС клас 1 антигени представени на повърхността на всички ядрени клетки. Те регулират взаимодействието между Т-клетките убийци и целевите клетки. Основната биологична роля на антигените от клас l е, че те са маркери на „своите“. Клетките, носещи антигени от клас I, не се атакуват от собствените си Т-убийци поради факта, че по време на ембриогенезата, автореактивните Т-убийци, които разпознават антигени от клас I на собствените си клетки, се унищожават. Антигените от клас I взаимодействат с молекулата CD 8 върху мембраната на Т-клетките убийци.

МНС клас II антигени разположени предимно върху мембраната на имунокомпетентни клетки (макрофаги, моноцити, В- и активирани Т-лимфоцити. Антигените от клас ll взаимодействат с молекулата CD 4 на Т-хелперната мембрана, което предизвиква освобождаването на лимфокини, които стимулират пролиферацията и съзряването на Т-клетки убийци и плазмени клетки.

Определянето на HLA антигени е необходимо в следните ситуации:

При типизиране на тъкани с цел избор на донор за реципиент;

Да се ​​установи връзката между наличието на определени MHC антигени и предразположението към определено заболяване. Най-изразената корелация е открита между наличието на HLA-B27 и анкилозиращ спондилит (анкилозиращ спондилит): 95% от пациентите имат този антиген.

При оценка на имунния статус (откриване на а) активирани Т-лимфоцити, носещи HLA-DR антигени и б) мононуклеарни клетки, участващи в разпознаването на антигена.

10.1. Антигени

10.1.1. Главна информация

Жизнената дейност на всеки макроорганизъм се осъществява в пряк контакт с чужди за него клетки, предклетъчни форми на живот и отделни биоорганични молекули. Тъй като са чужди, тези обекти са изпълнени с голяма опасност, тъй като могат да нарушат хомеостазата, да повлияят на хода на биологичните процеси в макроорганизма и дори да доведат до неговата смърт. Контактът с чужди биологични обекти е ранен сигнал за опасност за имунната система, те са основният дразнител и мишена на придобитата имунна система. Такива обекти се наричат антигени(от гръцки анти- против, генос- създавам).

Съвременната дефиниция на термина "антиген" е биополимер от органична природа, генетично чужд на макроорганизма, който, когато влезе в последния, се разпознава от неговата имунна система и предизвиква имунни реакции, насочени към неговото елиминиране. Изследването на антигените е ключово за разбирането на основите на молекулярно-генетичните механизми на имунната защита на макроорганизма, тъй като антигенът е движещата сила на имунния отговор, както и принципите на имунотерапията и имунопрофилактиката.

Антигените имат различен произход. Те са продукт на естествения биологичен синтез на всеки чужд организъм, могат да се образуват в собственото тяло поради структурни промени във вече синтезирани молекули при биоразграждане, нарушаване на нормалната им биосинтеза или генетична мутация на клетките. В допълнение, антигените могат да бъдат

получени изкуствено в резултат на научна работа или чрез насочен химичен синтез. Въпреки това, във всеки случай, молекулата на антигена ще се отличава с генетична чуждост по отношение на макроорганизма, в който е влязла. Теоретично, антигенът може да бъде молекула от всяко органично съединение.

Антигените могат да навлязат в макроорганизма по различни начини: през кожата или лигавиците, директно във вътрешната среда на тялото, заобикаляйки обвивката или образувайки се вътре в нея. Когато антигените попаднат в макроорганизъм, те се разпознават от имунокомпетентните клетки и предизвикват каскада от различни имунни реакции, насочени към тяхното инактивиране, унищожаване и отстраняване.

10.1.2. Свойства на антигените

Характерните свойства на антигените са антигенност, имуногенност и специфичност.

Антигенност- това е потенциалната способност на антигенна молекула да активира компоненти на имунната система и специфично да взаимодейства с имунни фактори (антитела, клонинг на ефекторни лимфоцити). В този случай компонентите на имунната система не взаимодействат с цялата антигенна молекула, а само с нейната малка част, която се нарича антигенна детерминанта,или епитоп.

Разграничете линеен,или последователен,антигенни детерминанти, като първичната аминокиселинна последователност на пептидната верига, и повърхностен,или конформационен,разположен на повърхността на антигенна молекула и произтичащ от вторична или по-висока конформация. В крайните части на антигенните молекули са разположени крайни епитопи,и в центъра на молекулата - централен.Също така има Дълбок,или скрит,антигенни детерминанти, които се появяват по време на разрушаването на биополимера.

Размерът на антигенната детерминанта е малък. Определя се от характеристиките на рецепторната част на фактора на имунитета и структурата на епитопа. Например, антиген-свързващият регион на имуноглобулинова молекула е способен да разпознае линейна антигенна детерминанта, състояща се от 5 аминокиселинни остатъка. Образуването на конформационна детерминанта изисква 6-12 аминокиселинни остатъка. Убиецът Т-рецепторен апарат за

определянето на чуждостта изисква нанопептид, включен в МНС клас I, Т-хелпер - олигопептид от 12-25 аминокиселинни остатъка в комплекс с МНС клас II.

Молекулите на повечето антигени са доста големи. Тяхната структура съдържа много антигенни детерминанти, които се разпознават от антитела и лимфоцитни клонове с различна специфичност. Следователно антигенността на дадено вещество зависи от наличието и броя на антигенните детерминанти в структурата на неговата молекула.

Структурата и съставът на епитопа са критични. Замяната на поне един структурен компонент на молекулата води до образуването на принципно нова антигенна детерминанта. Денатурацията води до загуба на съществуващи антигенни детерминанти или появата на нови, както и специфичност.

Чуждостта е предпоставка за осъществяване на антигенност. Понятието „чуждост“ е относително, тъй като имунокомпетентните клетки не са в състояние директно да анализират чужд генетичен код, а само продукти, синтезирани от чужда генетична матрица. Обикновено имунната система е имунизирана срещу собствените си биополимери, освен ако не е придобила чужди характеристики. В допълнение, при някои патологични състояния, в резултат на дисрегулация на имунния отговор (вижте автоантигени, автоантитела, автоимунитет, автоимунни заболявания), собствените биополимери могат да бъдат възприети от имунната система като чужди.

Чуждостта е пряко зависима от еволюционното разстояние между организма и източника на антигени. Колкото по-далеч са организмите един от друг в таксономично отношение, толкова по-чужди и следователно имуногенни са техните антигени. Чуждостта се проявява забележимо дори между индивиди от един и същи вид, тъй като заместването на поне една аминокиселина се разпознава ефективно от антитела в серологични реакции.

В същото време антигенните детерминанти на дори генетично несвързани същества или вещества могат да имат известно сходство и да са способни специфично да взаимодействат със същите имунни фактори. Тези антигени се наричат кръстосана реакция.Прилики бяха открити и в антигенните детерминанти на стрептококи, миокардна сарколема и базални

бъбречни мембрани, Treponema pallidumи липиден екстракт от миокарда на говеда, причинител на чума и човешки еритроцити от кръвна група 0(I). Феноменът, когато един организъм е маскиран от антигените на друг за защита срещу имунни фактори, се нарича антигенна мимикрия.

10.1.2.1. Имуногенност

Имуногенност- потенциалната способност на антигена да предизвика специфичен продуктивен отговор по отношение на себе си в макроорганизма. Имуногенността зависи от три групи фактори: молекулярните характеристики на антигена, кинетиката на антигена в организма и реактивността на макроорганизма.

Първата група фактори включва природа, химичен състав, молекулно тегло, структура и някои други характеристики.

Природатаантигенът до голяма степен определя имуногенността. Протеините и полизахаридите имат най-изразена имуногенност, нуклеиновите киселини и липидите - най-малко. В същото време техните съполимери - липополизахариди, гликопротеини, липопротеини - са способни да активират достатъчно имунната система.

Имуногенността зависи до известна степен от химичен съставантигенни молекули. За протеиновите антигени е важно разнообразието на техния аминокиселинен състав. Монотонните полипептиди, изградени от една аминокиселина, практически не активират имунната система. Наличието на ароматни аминокиселини, като тирозин и триптофан, в структурата на протеиновата молекула значително повишава имуногенността.

Важна е оптичната изомерия на структурните компоненти на молекулата на антигена. Пептидите, изградени от L-аминокиселини, са силно имуногенни. Напротив, полипептидна верига, изградена от дясновъртящи изомери на аминокиселини, може да прояви ограничена имуногенност, когато се прилага в малки дози.

В спектъра на имуногенността съществува определена йерархия на антигенните детерминанти: епитопите се различават по способността си да индуцират имунен отговор. При имунизиране с определен антиген ще преобладават реакциите към отделните антигенни детерминанти. Това явление се нарича имунодоминиране.Според съвременните концепции се дължи на различията в афинитета на епитопите към рецепторите на антиген-представящите клетки.

Са от голямо значение размерИ молекулна масаантиген. Малките полипептидни молекули с тегло под 5 kDa обикновено са с ниска имуногенност. Олигопептидът, способен да индуцира имунен отговор, трябва да се състои от 6-12 аминокиселинни остатъка и да има молекулно тегло около 450 D. С увеличаването на размера на пептида се увеличава неговата имуногенност, но тази зависимост не винаги се среща на практика. Така, с еднакво молекулно тегло (около 70 kDa), албуминът е по-силен антиген от хемоглобина.

Експериментално е доказано, че високо диспергираните колоидни разтвори на антигена слабо предизвикват имунен отговор. Много по-имуногенни са агрегати от молекули и корпускулярни антигени – цели клетки (еритроцити, бактерии и др.). Това се дължи на факта, че корпускулните и силно агрегираните антигени са по-добре фагоцитирани от отделните молекули.

Пространствената стабилност на антигенната молекула също се оказа значителна. Когато протеините се денатурират до желатин, имуногенността се губи заедно с конформационната твърдост. Поради това желатиновите разтвори се използват широко за парентерално приложение.

Важно условие за имуногенност е разтворимостантиген. Например високомолекулните съединения кератин, меланин, естествена коприна и др. са неразтворими във вода, не образуват колоидни разтвори в нормално състояние и не са имуногени. Поради това свойство в клиничната практика за зашиване на органи и тъкани се използват конски косми, коприна, кетгут и др.

Втората група фактори е свързана с динамиката на навлизане на антигена в организма и неговото елиминиране. По този начин зависимостта на имуногенността на антигена от местаИ начиннеговият въведениякоето се дължи на структурните особености на имунната система в местата на антигенна интервенция.

Силата на имунния отговор зависи от количествавходящ антиген: колкото повече от него, толкова по-изразена е имунната реакция на макроорганизма.

Трета групасъчетава фактори, които определят зависимостта на имуногенността от състоянието на макроорганизма: наследственост и функционални характеристики. Добре известно е, че резултатът

Датата на имунизация е до известна степен свързана с генотипа на индивида. Има родове и видове животни, които са чувствителни и нечувствителни към определени антигени. Например, зайци и плъхове показват малка или никаква реакция към определени бактериални антигени, които могат да причинят изключително силен имунен отговор при морско свинче или мишка.

10.1.2.2. Специфичност

Специфичносте способността на антигена да индуцира имунен отговор към строго определен епитоп. Специфичността на антигена до голяма степен се определя от свойствата на съставните му епитопи.

10.1.3. Класификация на антигените

Въз основа на индивидуалните характерни свойства, цялото разнообразие от антигени може да бъде класифицирано според техния произход, природа, молекулярна структура, степен на имуногенност, степен на чуждост, посока на активиране и наличие на имунен отговор.

от произходразграничават екзогенни (възникващи извън тялото) и ендогенни (възникващи вътре в тялото) антигени. Сред ендогенните, авто- и неоантигените заслужават специално внимание. Автогененантигени (автоантигени) са структурно непроменени антигени на собствения организъм, синтезирани в организма при физиологични условия. Обикновено автоантигените са неимуногенни поради образуваните имунологична толерантност(имунитет) или недостъпността им за контакт с фактори на имунитета – това са т.нар зад бариераантигени. Когато толерантността е нарушена или целостта на биологичните бариери е нарушена (възпаление, нараняване), компонентите на имунната система започват да реагират специфично на автоантигени, като произвеждат специфични имунни фактори (автоантитела, клонинг на автореактивни лимфоцити). неоантигени,за разлика от автоантигените, те възникват в тялото в резултат на генетични мутации или модификации и винаги са чужди.

от природа:биополимери от протеинов (протеиди) и непротеинов (полизахариди, липиди, липополизахариди, нуклеинови киселини и др.) характер.

от молекулярна структура:глобуларна (молекулата има сферична форма) и фибриларна (нишковидна).

от степен на имуногенност:пълно и непълноценно. Пълноцененантигените имат изразена антигенност и имуногенност - имунната система на чувствителен организъм реагира на въвеждането им, като произвежда имунитетни фактори. Такива вещества, като правило, имат доста голямо молекулно тегло (повече от 10 kDa), голям размер на молекулата (частицата) под формата на глобула и взаимодействат добре с имунните фактори.

Дефектенантигени, или хаптени(терминът е предложен от K. Landsteiner), те са антигенни - способни са специфично да взаимодействат с готови имунни фактори (антитела, лимфоцити), но не са способни да предизвикат имунен отговор в организма, когато се прилагат при нормални условия. . Най-често хаптените са съединения с ниско молекулно тегло (молекулно тегло под 10 kDa).

Ако изкуствено увеличите молекулата на хаптен - свързвайки я със силна връзка с достатъчно голяма протеинова молекула, е възможно да принудите имунната система на макроорганизма да реагира специфично на хаптена като пълноценен антиген и да произведе имунитетни фактори. Белтъчната молекула носител се нарича шлепер(трактор). В този случай специфичността на конюгатната молекула се определя от хаптенната част, а имуногенността се определя от протеина носител. Използвайки конюгати за имунизация, се получават антитела срещу хормони, лекарства и други нискоимуногенни съединения.

от степен на чуждост:ксено-, ало- и изоантигени. Ксеногененантигени (или хетероложни) - общи за организми на различни етапи на еволюционно развитие, например, принадлежащи към различни родове и видове. За първи път феноменът на сходство на редица антигени при животни от различни видове е отбелязан от D. Forsman (1911). Чрез имунизиране на заек със суспензия от органи на морско свинче, ученият получава имунен серум, способен да взаимодейства с червените кръвни клетки на овцете. По-късно беше установено, че морското свинче и овцата имат редица структурно подобни антигенни детерминанти, които реагират кръстосано. Впоследствие списъкът на такива ксеногенни антигени беше значително разширен и те получиха общото наименование "Форсманови антигени".

Алогененантигени (или група) - общи за генетично несвързани организми, но принадлежащи към същия вид. Въз основа на алоантигените общата популация на организмите може да бъде разделена на отделни групи. Пример за такива антигени при хората са кръвногруповите антигени (система АВ0 и др.). Алогенните тъкани по време на трансплантация са имунологично несъвместими – те се отхвърлят или лизират от реципиента. Микробите могат да бъдат разделени на серогрупи въз основа на групови антигени, които се използват в микробиологичната диагностика.

Изогененантигени (или индивидуални) - общи само за генетично идентични организми, например еднояйчни близнаци, инбредни линии на животни. Изографтите имат почти пълна имунна съвместимост и не се отхвърлят. Изоантигените при хората включват антигени на хистосъвместимост, а при бактерии те са типични антигени, които не се подлагат на допълнително разцепване.

В рамките на отделния организъм, в определени органи или тъкани, се откриват специфични за тях антигени, които не се срещат никъде другаде. Тези антигени се наричат органо-И тъканно специфични.

В зависимост от физикохимичните свойства на антигена, условията на неговото въвеждане, естеството на реакцията и реактивността на макроорганизма се разграничават имуногени, толерогени и алергени. Имуногениспособни да индуцират нормална продуктивна реакция на имунната система - производството на имунни фактори (антитела, антиген-реактивни клонове на лимфоцити). В клиничната практика имуногените се използват за имунодиагностика, имунотерапия и имунопрофилактика на много патологични състояния.

Толерогене точно обратното на имуноген. Той формира имунологична толерантност или липса на реакция към епитопи на дадено вещество (вижте точка 11.6). Толерогенът, като правило, е мономер с ниско молекулно тегло, висока епитопна плътност и висока дисперсност. Толерогените се използват за превенция и лечение на имунологични конфликти и алергии чрез предизвикване на изкуствена неотзивчивост към отделни антигени.

алерген,за разлика от имуногена, той образува патологична реакция на тялото под формата свръхчувствителностнезабавен или забавен тип (вижте точка 11.4). Според свойствата си

алергенът не се различава от имуногена. В клиничната практика алергените се използват за диагностициране на инфекциозни и алергични заболявания.

Според посоката на активиране и наличието на имунния отговор, т.е. необходимостта от включване на Т-лимфоцити в индуцирането на имунен отговор, разграничаване Т-зависимИ Т-независимантигени. Имунната реакция в отговор на въвеждането на Т-зависим антиген се осъществява със задължително участие на Т-хелперни клетки. Те включват повечето от известните антигени. Развитието на имунен отговор към Т-независими антигени не изисква участието на Т хелперни клетки. Тези антигени са способни директно да стимулират В-лимфоцити за производство на антитела, диференциация и пролиферация, както и да индуцират имунен отговор при атимусни животни. Т-независимите антигени имат относително проста структура. Това са големи молекули с молекулно тегло над 10 3 kDa, поливалентни са и имат множество епитопи от същия тип. Т-независимите антигени са митогени и поликлонални активатори, например полимерен флагелин (контрактилен протеин на бактериални флагели), липополизахарид, туберкулин и др.

Необходимо е да се разграничат от Т-независимите антигени суперантигени.Това е група вещества, предимно от микробен произход, които могат неспецифично да предизвикат поликлонална реакция. Суперантигенната молекула е способна да пречи на сътрудничеството на антиген-представящата клетка и Т-хелперната клетка и да генерира фалшив сигнал за разпознаване на чуждо вещество.

Суперантигените са способни едновременно неспецифично да активират огромен брой имунокомпетентни клетки (до 20% или повече), причинявайки хиперпродукция на цитокини и нискоспецифични имуноглобулини, масивна смърт на лимфоцити поради апоптоза и развитие на вторичен функционален имунодефицит. Суперантигенни свойства са открити в стафилококов ентеротоксин, протеини на вируса на Epstein-Barr, бяс, ХИВ и някои други микробни агенти.

10.1.4. Антигени на човешкото тяло

Изследването на алоантигенните свойства на тъканите започва с К. Ландщайнер, който през 1901 г. открива системата от групови антигени на еритроцитите (АВ0). В човешкото тяло

секретират голямо разнообразие от антигени. Те са необходими не само за пълноценното развитие и функциониране на целия организъм като цяло, но също така носят важна информация в клиничната и лабораторна диагностика, определяне на имунната съвместимост на органите и тъканите в трансплантологията, както и в научните изследвания. Сред алогенните антигени най-голям медицински интерес представляват антигените на кръвната група, сред изогенните антигени - антигените на хистосъвместимостта, а в групата на органо- и тъканно-специфичните антигени - раково-ембрионалните антигени.

10.1.4.1. Антигени на човешки кръвни групи

Антигените на човешките кръвни групи се намират върху цитоплазмената мембрана на клетките, но най-лесно се откриват на повърхността на червените кръвни клетки. Ето защо те получиха името "еритроцитни антигени".Към днешна дата са известни повече от 250 различни еритроцитни антигени. Въпреки това, антигените на системата ABO и Rh (Rh фактор) са от най-важно клинично значение: те трябва да се вземат предвид при извършване на кръвопреливания, трансплантация на органи и тъкани, профилактика и лечение на имуноконфликтни усложнения на бременността и др.

Антигени на системата АВ0намират се в кръвната плазма, лимфата, секретите на лигавиците и други биологични течности, но са най-силно изразени върху еритроцитите. Те се синтезират от много клетки на тялото, включително ядрени предшественици на червени кръвни клетки, и се секретират свободно в междуклетъчното пространство. Тези антигени могат да се появят върху клетъчната мембрана или като продукт на клетъчна биосинтеза, или в резултат на сорбция от междуклетъчни течности.

Антигените на системата АВ0 са силно гликозилирани пептиди: 85% са въглехидратни части и 15% са полипептидни части. Пептидният компонент се състои от 15 аминокиселинни остатъка. Той е постоянен за всички ABO кръвни групи и е имунологично инертен. Имуногенността на молекулата на антигена на системата АВ0 се определя от нейната въглехидратна част.

В антигенната система АВ0 има три варианта на антигени, които се различават по структурата на въглехидратната част: Н, А и В. Основната молекула е Н антигенът, чиято специфичност се определя от три въглехидратни остатъка. Антиген А има в структурата си допълнителен четвърти въглехидратен остатък - N-ацетил-D-галактоза, а антиген В - D-галактоза. Антигените на системата АВ0 имат независими

зависима алелна наследственост, която определя наличието на 4 кръвни групи в популацията: 0(I), A(II), B(III) и AB(IV). Освен това антигените А и В имат няколко алотипа (например А 1, А 2, А 3 ... или В 1, В 2, В 3 ...), които се срещат в човешката популация с различна честота.

Антигените на системата АВ0 се определят в реакция на аглутинация. Въпреки това, като се има предвид високият популационен полиморфизъм на тази антигенна система, преди кръвопреливане задължително се провежда биологичен тест за определяне на съвместимостта на кръвта на реципиента и донора. Грешка при определяне на груповата принадлежност и кръвопреливане на пациент с несъвместима кръвна група води до развитие на остра интраваскуларна хемолиза.

Друга важна система от еритроцитни антигени е Rh антигенна система(Rh) или Rh фактори.Тези антигени се синтезират от предшественици на червените кръвни клетки и се намират предимно в червените кръвни клетки, тъй като са неразтворими във вода. Rh антигенът е термолабилен липопротеин. Има 6 разновидности на този антиген. Генетичната информация за неговата структура е кодирана в множество алели на три свързани локуса (D/d, C/c, E/e). В зависимост от наличието или отсъствието на Rh антиген в човешката популация се разграничават две групи: Rh-положителни и Rh-отрицателни индивиди.

Съвпадението на Rh антигена е важно не само за кръвопреливането, но и за протичането и изхода на бременността. По време на бременността на Rh-отрицателна майка може да се развие Rh-положителен плод Резус конфликт.Това патологично състояние е свързано с производството на анти-Rh антитела, което може да причини имунологичен конфликт: спонтанен аборт или неонатална жълтеница (интраваскуларен имунен лизис на червени кръвни клетки).

Поради факта, че плътността на Rh антигена върху еритроцитната мембрана е ниска и неговата молекула има слаба антигенност, Rh факторът се определя върху еритроцитната мембрана в реакция на непряка аглутинация (реакция на Кумбс).

10.1.4.2. Антигени на хистосъвместимост

На цитоплазмените мембрани на почти всички клетки на макроорганизма се намират антигени на хистосъвместимост.Повечето от тях са свързани със системата основен комплекс

хистосъвместимост,или MHC (от англ. Основен комплекс за хистосъвместимост).Установено е, че антигените на хистосъвместимостта играят ключова роля в специфичното разпознаване на „приятел или враг” и индуцирането на придобит имунен отговор, определят съвместимостта на органи и тъкани по време на трансплантация в рамките на един и същи вид и други ефекти. Голяма заслуга за изследването на MHC принадлежи на J. Dosse, P. Dougherty, P. Gorer, G. Snell, R. Zinkernagel, R.V. Петров, които стават основатели имуногенетика.

MHC е открит за първи път през 60-те години на ХХ век при експерименти върху генетично чисти (инбредни) линии мишки по време на опит за интерлайн трансплантация на туморни тъкани (P. Gorer, G. Snell). При мишки този комплекс е наречен H-2 и е картографиран към хромозома 17.

При хората MHC е описан малко по-късно в трудовете на J. Dosset. Той беше определен като HLA(от английски човешки левкоцитен антиген),тъй като е свързан с левкоцитите. Биосинтеза HLAсе определя от гени, локализирани в няколко локуса на късото рамо на хромозома 6.

MHC има сложна структура и висок полиморфизъм. Антигените на хистосъвместимостта са гликопротеини, здраво свързани с цитоплазмената мембрана на клетките. Техните отделни фрагменти са структурно подобни на имуноглобулиновите молекули и следователно принадлежат към един суперсемейство.Има два основни класа МНС молекули (I и II), които комбинират много структурно подобни антигени, кодирани от много алелни гени. Не повече от две разновидности на всеки MHC генен продукт могат да бъдат експресирани едновременно в клетките на индивида. МНС клас I индуцира предимно клетъчен имунен отговор, а МНС клас II индуцира хуморален отговор.

МНС клас I се състои от две нековалентно свързани полипептидни вериги (α и β) с различно молекулно тегло (фиг. 10.1). α-Веригата има извънклетъчна област с доменна структура (α 1 -, α 2 - и α 3 домени), трансмембранна и цитоплазмена. β-веригата е β2-микроглобулин, прилепнал към α-домена след експресия на α-веригата върху цитоплазмената мембрана на клетката. α 1 - и α 2 - Домените на α веригата образуват празнината на Bjorkman - областта, отговорна за сорбцията и представянето на молекулите

Ориз. 10.1.Схема на структурата на антигените на главния комплекс за хистосъвместимост: I - MHC клас I; II - MHC клас II

антиген. Пропускът на MHC клас I на Bjorkmann побира нанопептид, който лесно се открива от специфични антитела.

Сглобяването на МНС клас I-антигенния комплекс се извършва вътреклетъчно непрекъснато в ендоплазмения ретикулум. Съставът му включва всички ендогенно синтезирани пептиди, включително вирусни, където те се прехвърлят от цитоплазмата с помощта на специален протеин, протеазоми.Пептидът, включен в комплекса, придава структурна стабилност на MHC клас I. При липсата му се изпълнява функцията на стабилизатор шаперон (калнексин).

MHC клас I се експресира на повърхността на почти всички клетки, с изключение на еритроцитите и клетките на вилосния трофобласт (предотвратяване на отхвърляне на плода). Плътността на МНС клас I достига 7000 молекули на клетка, като те покриват около 1% от нейната повърхност. Те се характеризират с висока скорост на биосинтеза - процесът завършва за 6 ч. Експресията на MHC клас I се засилва под въздействието на цитокини, например γ-интерферон.

В момента хората имат повече от 200 различни варианта HLA I клас. Те са кодирани от картирани гени

в три основни подблока на 6-та хромозома и се унаследяват и проявяват независимо: HLA-A, HLA-B и HLA-C.Локус А обединява повече от 60 варианта, B - 130, а C - около 40. Независимото наследяване на сублокусни гени в популация образува безкраен брой неповтарящи се комбинации HLA I клас. Всеки човек има строго уникален набор от антигени на хистосъвместимост, като единственото изключение са еднояйчните близнаци. Основна биологична роля HLAКлас I - определят биологичната индивидуалност (биологичен паспорт)и са „самостоятелни“ маркери за имунокомпетентни клетки. Инфекцията на клетка с вирус или неговата мутация променя структурата HLAКлас I, който е сигнал за активиране на Т-килъри (CD8 + лимфоцити) за унищожаване на обекта.

HLAКлас I се открива върху лимфоцити в реакцията на микролимфоцитолиза със специфични серуми, които се получават от многораждали жени, пациенти след масивно кръвопреливане, както и с помощта на моноклонални антитела.

Съществуват редица фундаментални разлики в структурата и функцията на MHC клас II. Комплексът се образува от две нековалентно свързани полипептидни вериги (α и β), имащи подобна доменна структура (виж фиг. 10.1). И двете вериги са трансмембранни пептиди и са „закотвени“ в цитоплазмената мембрана. Празнината на Bjorkmann в MHC клас II се формира едновременно от двете вериги. Съдържа олигопептид с размер от 12-25 аминокиселинни остатъка, който е недостъпен за специфични антитела. MHC клас II включва пептид, поет от извънклетъчната среда чрез ендоцитоза, вместо да се синтезира от самата клетка. Молекулите на МНС клас II се експресират на повърхността на ограничен брой клетки: дендритни клетки, В лимфоцити, Т хелперни клетки, активирани макрофаги, мастоцити, епителни клетки и ендотелни клетки. Откриването на MHC клас II върху атипични клетки понастоящем се счита за имунопатология. Биосинтезата на МНС клас II се осъществява в ендоплазмения ретикулум и се експресира върху цитоплазмената мембрана на клетката в рамките на 1 час след ендоцитозата на антигена. Експресията на комплекса може да бъде усилена от γ-интерферон и намалена от простагландин Е2.

При мишките антигенът на хистосъвместимостта се нарича Ia-антиген, а при хората по аналогия се нарича HLA II клас.

Според наличните данни човешкият организъм се характеризира с изключително висок полиморфизъм HLAКлас II, който до голяма степен се определя от структурните характеристики на β-веригата. Комплексът включва продукти от три основни локуса: HLA- DR, DQ и DP. В същото време локусът DR обединява около 300 алелни форми, DQ - около 400 и DP - около 500.

Наличието и типът на МНС клас II се определя чрез серология (микролимфоцитотоксичен тест) върху В-лимфоцити и клетъчни имунни отговори (смесена култура от лимфоцити). Специфичните антитела към MHC клас II се получават по същия начин, както към клас I. Тестването в смесена култура от лимфоцити позволява идентифицирането на второстепенни компоненти на MHC клас II, които не се откриват серологично.

МНС клас II участва в индуцирането на придобития имунен отговор. Фрагменти от антигенната молекула се експресират върху цитоплазмената мембрана на специална група клетки, т.нар. представяне на антиген.Основните са дендритна клетка, макрофаг и В-лимфоцит. Структурата на МНС клас II с пептида, включен в него в комплекс с кофакторни молекули на CD антигени, се възприема и анализира от Т хелперни клетки (CD4 + лимфоцити). В случай на разпознаване на чуждостта, Т-хелперът започва синтеза на съответните имуноцитокини и се активира механизмът на специфичен имунен отговор: пролиферация и диференциация на антиген-специфични клонове на лимфоцити.

В допълнение към антигените на хистосъвместимост, описани по-горе, са идентифицирани клас III МНС молекули. Локусът, съдържащ гените, които ги кодират, е вклинен между класове I и II и ги разделя. MHC клас III включва някои компоненти на комплемента (C2, C4), протеини на топлинен шок, фактори на туморна некроза и др.

10.1.4.3. Тумор-свързани антигени

През 1948-1949г виден руски микробиолог и имунолог Л.А. Зилбер при разработването на вирусната теория за рака доказва наличието на антиген, специфичен за туморната тъкан. По-късно през 60-те години на ХХ век Г.И. Абелев (в експерименти с мишки) и Ю.С. Татаринов (при изследване на хора) открива ембрионална версия на серумен албумин в кръвния серум на пациенти с първичен рак на черния дроб - α-фетопротеин.Към днешна дата много тумор-свързани

ny антигени. Въпреки това, не всички тумори съдържат специфични маркерни антигени, нито всички маркери имат строга тъканна специфичност.

Тумор-свързаните антигени се класифицират по местоположение и генезис. Разграничете суроватка,секретирани от туморните клетки в междуклетъчната среда и мембранаПоследните бяха извикани тумор-специфични трансплантационни антигени,или TSTA(от английски Тумор-специфичен трансплантационен антиген).

Разграничават се също вирусни, ембрионални, нормални свръхекспресирани и мутантни тумор-асоциирани антигени. Вирусен- са продукти на онковируси, ембрионаленобикновено се синтезират в ембрионалния период. Добре известен α-фетопротеин (фетален албумин), нормален тестикуларен протеин (МАГ 1,2,3 и др.), маркери за меланом, рак на гърдата и др. Хорионгонадотропинът, който обикновено се синтезира в плацентата, се открива в хориокарцинома и други тумори. При меланома нормалният ензим тирозиназа се синтезира в големи количества. от мутантпротеини трябва да се отбележи протеин Ras- GTP-свързващ протеин, участващ в трансмембранното предаване на сигнала. Маркери за рак на гърдата и панкреаса, карцином на червата са модифицирани муцини (MUC 1, 2 и т.н.).

В повечето случаи свързаните с тумора антигени са продукти на експресията на гени, които обикновено се включват по време на ембрионалния период. Те са слаби имуногени, въпреки че в някои случаи могат да индуцират реакция на цитотоксични Т-лимфоцити (Т-лимфоцити убийци) и се разпознават като част от МНС молекули (HLA) I клас. Специфичните антитела, синтезирани към тумор-асоциирани антигени, не инхибират туморния растеж.

10.1.4.4. CD антигени

На клетъчната мембрана се намират групови антигени, обединяващи клетки с определени морфофункционални характеристики. Тези молекули се наричат ​​клъстерни антигени на клетъчна диференциация или CD антигени. Антигени за клетъчна диференциация,или Дефиниция на клъстер).Структурно те са гликопротеини и принадлежат предимно към суперсемейството на имуноглобулините.

Списъкът с CD маркери е доста обширен и има около 200 опции. Сред разнообразието от CD антигени най-широко използвани са маркерите на имунокомпетентни клетки. Например, CD3 се експресира в популацията от Т-лимфоцити, CD4 - Т-хелперни клетки и CD8 - цитотоксични Т-лимфоцити - Т-лимфоцити убийци, CD11a - моно- и гранулоцити, CD11b - естествени клетки убийци, CD19-22 - В-лимфоцити. Информацията за структурата е кодирана в различни части на генома, а експресията зависи от етапа на клетъчна диференциация и нейното функционално състояние.

CD антигените са важни при диагностицирането на имунодефицитни състояния. Определянето на CD маркерите се извършва в имунологични реакции с използване на моноклонални антитела.

10.1.5. Антигени на микроби

10.1.5.1. Антигени на бактерии

В структурата на бактериалната клетка се разграничават флагеларни, соматични, капсулни и някои други антигени (фиг. 10.2). флагелати,или Н-антигениса локализирани в техните флагели и представляват епитопи на контрактилния протеин флагелин. При нагряване флагелинът денатурира и Н антигенът губи своята специфичност. Фенолът няма ефект върху този антиген.

соматично,или О-антиген,свързани с клетъчната стена на бактериите. Основава се на липополизахариди. О-антигенът е устойчив на топлина и не се разрушава при продължително кипене. Алдехидите (например формалдехид) и алкохолите обаче нарушават структурата му.

Ако имунизирате животно с живи бактерии, които имат камшичета, антителата ще бъдат произведени едновременно към О- и Н-антигените. Въвеждането на варена култура на животно стимулира биосинтезата на антитела към соматичен антиген. Бактериална култура, третирана с фенол, ще индуцира образуването на антитела срещу флагеларните антигени.

капсула,или К-антигенинамерени в капсулообразуващи бактерии. По правило К-антигените се състоят от киселинни полизахариди (уронови киселини). В същото време при антраксния бацил този антиген е изграден от полипептидни вериги. Въз основа на чувствителността към топлина има три вида К-антиген: A, B и L.

Ориз. 10.2.Основни бактериални антигени (обяснение в текста)

Най-голямата термична стабилност е характерна за група А - те не се денатурират дори при продължително кипене. Група B издържа на кратко нагряване (около 1 час) до 60 °C. Група L бързо се разпада при тази температура. Следователно е възможно частично отстраняване на К-антигена чрез продължително кипене на бактериалната култура.

На повърхността на причинителя на коремен тиф и други ентеробактерии, които са силно вирулентни, може да се открие специална версия на капсулния антиген. Получи името вирулентен антиген,или Vi-антиген.Откриването на този антиген или специфични за него антитела е от голямо диагностично значение.

Бактериалните бактерии също имат антигенни свойства. протеинови токсини, ензимии някои други вещества, които се отделят от бактерии в околната среда (например, туберкулоза

кулин). Сред силните пълноценни антигени са тетаничният, дифтерийният и ботулиновият токсин, поради което се използват за производството на молекулярни ваксини - токсоиди.

В антигенния състав на някои бактерии има група антигени със силно изразена имуногенност, чиято биологична активност играе ключова роля във формирането на патогенността на патогена - свързването на такива антигени със специфични антитела почти напълно инактивира вирулентните свойства на микроорганизма и осигурява имунитет към него. Тези антигени се наричат защитен.

10.1.5.2. Антигени на вируси

В структурата на вирусната частица има ядрен(или крави), капсид(или черупка) и суперкапсидантигени. На повърхността на някои вирусни частици има специални V антигени- хемаглутинин и ензим невраминидаза. Вирусните антигени се различават по произход. Някои от тях са специфични за вируса, кодирани в нуклеиновата киселина на вируса. Други, които са компоненти на клетката гостоприемник (въглехидрати, липиди), образуват суперкапсида на вируса при неговото раждане чрез пъпкуване.

Антигенният състав на вириона зависи от структурата на самата вирусна частица. В просто организираните вируси антигените са свързани с нуклеопротеини. Тези вещества са силно разтворими във вода и затова се означават като S-антигени (от лат. решение- решение). При сложните вируси някои от антигените са свързани с нуклеокапсида, а другият се намира във външната обвивка или суперкапсид.

Антигените на много вируси се характеризират с висока степен на вариабилност, която е свързана с постоянни мутации в генетичния материал на вирусите. Пример за това е грипният вирус,

10.1.6. Процеси, протичащи с антигена в макроорганизма

Антигенната интервенция е процес, който протича на етапи с определена динамика във времето. Освен това, на всеки етап от появата и разпространението в макроорганизма, антигенът е изправен пред мощна резистентност от развита мрежа от различни имунни фактори (Таблица 10.1).

Таблица 10.1.Преработка на антиген в макроорганизма

Има няколко начина за проникване и разпространение на антигена в макроорганизма. Те могат да се появят в самия макроорганизъм (ендогенен произход) или да идват отвън (екзогенен произход). Екзогенните антигени могат да проникнат в макроорганизма:

Чрез дефекти на кожата и лигавиците (в резултат на рани, микротравми, ухапвания от насекоми, одраскване и др.);

Чрез абсорбция в стомашно-чревния тракт (ендоцитоза от епителни клетки);

Междуклетъчен (с незавършена фагоцитоза);

В тялото антигенът може да се разпространи с лимфа (лимфогенен път) и кръв (хематогенен път) до различни органи и тъкани. В този случай най-често се филтрира в лимфните възли, далака, както и в лимфоидните натрупвания на черния дроб, червата и други органи, където влиза в контакт с факторите на имунната защита.

Реакцията на тези фактори настъпва почти веднага. Факторите на вродения имунитет влизат в действие на първо място, тъй като тази система не изисква дълго време, за да се активира. Ако антигенът не е инактивиран или елиминиран в рамките на 4 часа, придобитата имунна система се активира: гарантира се специфично разпознаване "приятел или враг"произвеждат се регулаторни фактори (цитокини) и имунна защита (специфични антитела, клонове на антиген-реактивни лимфоцити).

Кумулативният ефект на всички звена и нива на имунната защита на макроорганизма, независимо от степента на тяхното участие в процеса, е насочен към:

Свързване и блокиране на биологично активни места на антигенната молекула;

Разрушаване или отхвърляне на антигена;

Унищожаване, изолиране (капсулиране) или отстраняване на антигенни остатъци от макроорганизма.

В резултат на това се постига възстановяване на хомеостазата и структурната цялост на макроорганизма. В същото време се формира имунна памет, толерантност или алергия.

10.2. Човешка имунна система

Специфичната функция за наблюдение на генетичното постоянство на вътрешната среда на организма и запазване на неговата биологична и видова индивидуалност се изпълнява от имунната система.

10.2.1. Структурни и функционални елементи на имунната система

Имунната система е специализирана, анатомично обособена лимфоидна тъкан. Разпространен е в цялото тяло под формата на различни лимфоидни образувания и отделни клетки и представлява 1-2% от телесното тегло. Анатомично имунната система се разделя на централни и периферни органи, функционално - на органи за възпроизводство и клетъчна селекция (костен мозък, тимус), контрол на външната среда или екзогенна намеса (лимфоидни системи на кожата и лигавиците), контрол на генетичното постоянство на вътрешната среда (далак, лимфни възли, черен дроб, кръв, лимфа).

Основните функционални клетки са лимфоцитите. Броят им в тялото достига 10 12. Функционалните клетки на имунната система също включват мононуклеарни и гранулирани левкоцити, мастоцити и дендритни клетки. Някои клетки са концентрирани в отделни органи на имунната система, докато други се движат свободно из тялото. Схематичната структура на имунната система е показана на фиг. 10.3.

10.2.1.1. Централни органи на имунната система

Централните органи на имунната система, костният мозък и тимусната жлеза или тимусът, са органите за възпроизвеждане и селекция на клетките на имунната система. Случва се тук лимфопоеза- раждане, възпроизвеждане (пролиферация) и диференциация на лимфоцити до етапа на предшественици или зрели неимунни (наивни) клетки, както и тяхното "обучение". При птиците централните органи на имунната система включват бурсата на Фабрициус. (бурса fabricii),локализиран в областта на клоаката.

Костен мозъкразположени в гъбестото вещество на костите (епифизи на тръбни кости, гръдна кост, ребра и др.). Ето плурипотентни стволови клетки (PPSC), които са ро-

Ориз. 10.3.Органи на човешката имунна система

предшествениците на всички образувани елементи на кръвта, включително имунокомпетентни клетки. В стромата на костния мозък се образуват предшественици на В- и Т-лимфоцити, които впоследствие мигрират съответно към В-зоните на макроорганизма и тимуса. Фагоцитите и някои дендритни клетки също се произвеждат в костния мозък. В него могат да се открият и плазмоцити – резултат от крайната диференциация на В-лимфоцитите.

Тимусна жлеза, тимус,или тимусната жлеза,разположен в горната част на ретростерналното пространство. Този орган се отличава със своята специална морфогенеза. Тимусът се образува по време на вътрематочно развитие. Към момента на раждането теглото на тимуса достига 10-15 g, окончателно узрява до петгодишна възраст и достига максималния си размер до 10-12-годишна възраст (тегло 30-40 g). След пубертета започва инволюцията на органа - лимфоидната тъкан се заменя с мастна и съединителна тъкан.

Тимусът има лобуларна структура. В структурата му се прави разлика между медулата и кортикалните слоеве. В стромата на кортикалния слой има голям брой епителни клетки на кората, наречени "клетки-медицински сестри", които със своите израстъци образуват мрежа с фина мрежа, където са разположени зреещите лимфоцити. В граничния кортикално-медуларен слой са разположени дендритни клетки на тимуса, а в медулата - епителни клетки на медулата.

Прекурсорите на Т-лимфоцитите идват от костния мозък до кората на тимуса. Тук, под въздействието на тимусни фактори, те активно се размножават, диференцират (трансформират) в зрели Т-лимфоцити и се „научават“ да разпознават чужди антигенни детерминанти.

Учебният процес включва положителенИ отрицателна селекция.Критерият за "обучение" е качеството на приемане на Т-клетъчния антиген (специфичност и афинитет) и жизнеспособността на клетките.

Положителна селекциявъзниква в кората с помощта на епителни клетки. Същността му е да поддържа клонинги на Т-лимфоцити, чиито рецептори ефективно се свързват с МНС молекули, експресирани върху епителни клетки, независимо от структурата на техните собствени включени олигопептиди. Кортикалните епителни клетки секретират тимусни растежни фактори, които активират пролиферацията на Т-лимфоцитите.

Отрицателна селекцияосъществява се от дендритни клетки в граничната кортикално-медуларна зона на тимуса. Целта му е да унищожи автореактивни Т-лимфоцитни клонове. Клетките, които реагират положително на МНС-автоложния пептиден комплекс, се унищожават чрез индуциране на апоптоза.

В резултат на селекция повече от 99% от Т-лимфоцитите не издържат тестовете и умират. Само по-малко от 1% от клетките се превръщат в зрели форми, способни да разпознават само чужди биополимери в комбинация с автоложни МНС. Всеки ден около 106 зрели „обучени“ Т-лимфоцити напускат тимуса с кръвния и лимфния поток и мигрират към различни органи и тъкани.

Съзряването и „обучението” на Т-лимфоцитите в тимуса е важно за формирането на имунитета. Липсата или недостатъчното развитие на тимусната жлеза поради вроден дефект в развитието на тимусната жлеза - аплазия или хипоплазия на органа, неговото хирургично отстраняване или радиационно увреждане води до рязко намаляване на ефективността на имунната защита на макроорганизма. Междувременно тимектомията при възрастни практически не води до сериозни дефекти в имунната система.

10.2.1.2. Периферни органи на имунната система

Периферните органи на имунната система включват далак, лимфни възли, апендикс, черен дроб, сливици на фарингеалния пръстен, групови лимфни фоликули, кръв, лимфа и др. В тези органи се извършва имуногенезата - възпроизвеждането и окончателното узряване на предшествениците на имунокомпетентни клетки и се провежда имунологично наблюдение. Във функционално отношение периферните органи на имунната система могат да бъдат разделени на органи, които контролират вътрешната среда на тялото (лимфни възли, далак, тъканни мигриращи клетки) и неговата кожа и лигавици (апендикс, лимфни фоликули и натрупвания).

Лимфните възли- малки кръгли анатомични бобовидни образувания, които са разположени по протежение на лимфните съдове. Всяка част от тялото има регионални лимфни възли. Общо в човешкото тяло има до 1000 лимфни възли. Лимфните възли изпълняват функцията на биологично сито – през тях се филтрира лимфата и антигените се задържат и концентрират. Средно около 10 9 лимфоцита преминават през лимфните възли на час.

В структурата на лимфните възли се прави разлика между кора и медула. Кортикалната строма е разделена на сектори от трабекули на съединителната тъкан. Разделен е на повърхностен кортикален слой и паракортикална зона. В секторите на повърхностния кортикален слой има лимфни фоликули с центрове за възпроизвеждане на В-лимфоцити (зародишни центрове). Тук също се намират фоликуларни дендритни клетки, които насърчават узряването на В лимфоцитите. Паракортикалният слой е зона от Т-лимфоцити и интердигитални дендритни клетки, потомци на дермални Лангерхансови клетки. Медулата се образува от нишки съединителна тъкан, между които са разположени макрофаги и плазмени клетки.

В рамките на лимфния възел настъпва антигенна стимулация на имунокомпетентни клетки и се активира специфична система за имунен отговор, насочена към неутрализиране на антигена.

далак- Това е органът, през който се филтрира цялата кръв. Намира се в лявата илиачна област и има лобуларна структура. Лимфоидната тъкан образува бяла пулпа. По структура се различават първични, периартериални лимфоидни фоликули (обграждащи артериите по хода им) и вторични, разположени по границите на първичните фоликули. Първичните лимфоидни натрупвания са населени предимно с Т-лимфоцити, а вторичните - с В-лимфоцити и плазмоцити. Освен това в стромата на далака се откриват фагоцити и ретикуларни дендритни клетки.

Далакът, като сито, задържа антигени, които са в кръвния поток и остарели червени кръвни клетки. Този орган се нарича гробище на червени кръвни клетки. Тук възниква антигенна стимулация на имунокомпетентни клетки, развитие на специфичен имунен отговор към антигена и неговата неутрализация.

Черен дробиграе специална роля в имунната система. Той съдържа повече от половината от всички тъканни макрофаги и повечето от естествените клетки убийци. Лимфоидните популации на черния дроб осигуряват толерантност към хранителните антигени, а макрофагите използват имунни комплекси, включително тези, сорбирани върху стареещите еритроцити.

Групови лимфни фоликули(Пейерови петна) представляват натрупвания на лимфоидна тъкан в лигавицата на тънките черва. Такива образувания има и в червеобразния апендикс на сляпото черво - апендикса. Освен това през

По дължината на стомашно-чревния тракт, от хранопровода до ануса, има единични лимфни фоликули. Те осигуряват локален имунитет на чревната лигавица и нейния лумен и регулират видовия и количествения състав на нормалната й микрофлора.

Натрупване на лимфоидни елементи във формата фарингеален пръстен сливициосигурява локален имунитет в назофаринкса, устната кухина и горните дихателни пътища, предпазва техните лигавици от проникване на микроби и други генетично чужди агенти, предавани по въздушно-капков или прахов път, и регулира местната нормална флора.

лимфа- течна тъкан на тялото, която се съдържа в лимфните съдове и възли. Той включва всички съединения, идващи от интерстициалната течност. Основните и практически единствените клетки на лимфата са лимфоцитите. По своя състав тези клетки осъществяват кръвообращението в организма.

IN кръвциркулират предшественици и зрели Т- и В-лимфоцити, полиморфонуклеарни левкоцити и моноцити. Лимфоцитите съставляват 30% от общия брой левкоцити. В даден момент в кръвта присъстват по-малко от 2% от общия брой лимфоцити.

10.2.1.3. Клетки на имунната система

Специфичната функция на имунната защита се осъществява директно от голям набор от клетки от миелоидната и лимфоидната кръвна линия: лимфоцити, фагоцити и дендритни клетки. Това са основните клетки на имунната система. В допълнение към тях в имунния отговор могат да участват много други клетъчни популации (епител, ендотел, фибробласти и др.). Изброените клетки се различават морфологично, по функционална активност, маркери (специфични молекулни белези), рецепторен апарат и продукти на биосинтеза. Повечето клетки на имунната система обаче са тясно свързани генетично: те имат общ предшественик, плурипотентна стволова клетка от костен мозък (фиг. 10.4).

На повърхността на цитоплазмената мембрана на клетките на имунната система има специални молекули, които служат като техни маркери. През 80-те години на миналия век е приета международна номенклатура на мембранните маркери на човешките левкоцити, т.нар. "CD антигени"(Таблица 10.2)

Ориз. 10.4.Схема на имуногенеза (пояснения в текста)

Таблица 10.2.Основни CD маркери на клетки, участващи в имунния отговор

Продължение на таблицата. 10.2

Край на масата. 10.2

Забележка. ADCT - антитяло-зависима клетъчно-медиирана цитотоксичност; APC са антиген представящи клетки.

Въз основа на тяхната функционална активност клетките, участващи в имунния отговор, се делят на регулаторни (индукторни), ефекторни и антиген-представящи. Регулаторенклетки контролират функционирането на компонентите на имунната система, като произвеждат медиатори - имуноцитокини и лиганди. Тези клетки определят посоката на развитие на имунния отговор, неговата интензивност и продължителност. Ефекториса преки изпълнители на имунната защита чрез директно въздействие върху обекта или чрез биосинтеза на биологично активни вещества със специфично действие (антитела, токсични вещества, медиатори и др.).

Антиген представящи клеткиизпълняват отговорна задача: те улавят, обработват (обработват чрез ограничена протеолиза) и представят антигена на имунокомпетентни Т клетки като част от комплекс с МНС клас II. APC липсва специфичност за самия антиген. Молекулата на МНС клас II може да включва всякакви олигопептиди, ендоцитирани от междуклетъчната среда, както собствени, така и чужди. Установено е, че повечето от МНС клас II комплекси съдържат автогенни молекули и само малка част съдържа чужд материал.

В допълнение към MHC клас II, APC експресират костимулиращи фактори (CD40, 80, 86) и много адхезионни молекули. Последните осигуряват близък, пространствено стабилен и дълготраен контакт на АПК с Т-хелпера. В допълнение, APCs експресират CD1 молекули, които могат да бъдат използвани за представяне на липидни или полизахаридни антигени.

Основните професионални APC са дендритни клетки с произход от костен мозък, В-лимфоцити и макро-

фаги. Дендритните клетки са почти 100 пъти по-ефективни от макрофагите. Функцията на непрофесионалните АПК може да се изпълнява и от някои други клетки в състояние на активиране - епителни клетки и ендотелни клетки.

Осъществяването на целенасочена имунна защита на макроорганизма е възможно благодарение на наличието на специфични антигенни рецептори (имунорецептори) върху клетките на имунната система. Според механизма на функциониране те се делят на директни и косвени. Директни имунорецепторидиректно се свързват с молекулата на антигена. Индиректни имунорецепторивзаимодействат с молекулата на антигена индиректно - чрез Fc фрагмента на имуноглобулиновата молекула (вижте раздел 11.1.2). Това е т.нар Fc рецептор (FcR).

Fc рецепторите варират по афинитет. Рецептор с висок афинитет може да се свърже с интактни IgE или IgG4 молекули и да образува рецепторен комплекс, в който антиген-специфичната корецепторна функция се изпълнява от имуноглобулинова молекула. Такъв рецептор имат базофилите и мастоцитите. Нисък афинитет FcRразпознава имуноглобулиновите молекули, които вече са образували имунни комплекси. Намира се в макрофаги, естествени клетки убийци, епителни клетки, дендритни клетки и различни други клетки.

Имунният отговор се основава на тясното взаимодействие на различни клетъчни популации. Това се постига чрез биосинтеза от клетките на имунната система на широк спектър от имуноцитокини. По-голямата част от клетките на имунната система постоянно се движат във вътрешната среда на тялото с кръвен и лимфен поток и поради амебоидната подвижност.

Клетъчният елементарен състав на имунната система непрекъснато се обновява поради деленето на стволовите клетки. Унищожават се остарели, изчерпани биологични ресурси, фалшиво активирани, заразени и генетично трансформирани клетки.

10.2.1.3.1. Лимфоцити

Лимфоцитите са подвижни мононуклеарни клетки. В зависимост от мястото на узряване, тези клетки се разделят на две популации: Т- (тимус) и В- (бурса на Фабрициус, костен мозък) лимфоцити.Лимфоцитите играят ключова роля в осигуряването на придобит (адаптивен) имунитет. Те изпълняват

специфично разпознаване на антиген, индукция на клетъчен и хуморален имунен отговор, различни форми на имунен отговор.

Лимфоцитните популации в тялото непрекъснато се обновяват, клетките активно мигрират между различни органи и тъкани. Въпреки това, миграцията и установяването на лимфоцитите в тъканите не е хаотичен процес. Той е насочен по природа и е строго регулиран от експресията на специални адхезионни молекули (интегрини, селектини и др.) върху мембраната на лимфоцитите, съдовия ендотел и клетъчните елементи на стромата. Така незрелите Т-лимфоцити активно мигрират към тимуса. Зрелите неимунни („наивни“) лимфоцити са тропични към периферните лимфоидни органи и тъкани. В този случай Т- и В-лимфоцитите заселват само „своите“ области - това е така нареченият ефект на самонасочване (от англ. У дома- къща). Зрелите имунни (активирани) лимфоцити разпознават епитела на мястото на възпалението. Клетките на имунологичната памет винаги се връщат на местата си на произход.

Продължителността на живота на неимунните лимфоцити е доста дълга. При Т лимфоцитите достига няколко месеца или години, а при В клетките продължава седмици или месеци. Клетките на имунологичната памет живеят най-дълго (вижте точка 11.5) - до 10 години или повече. Въпреки това, активираните или терминално диференцираните лимфоцити имат кратък живот (няколко дни). Остарелите, фалшиво активирани и автореактивни (реагиращи на автоантигени) лимфоцити се унищожават чрез индуциране на апоптоза. Мъртвите лимфоцити постоянно се заменят с нови поради пролиферацията им в централните и периферните органи на имунната система. Броят на лимфоидните популации е под строг контрол на клетките на самата имунна система.

За да изпълняват специфична функция, лимфоцитите носят директни антигенни рецептори на повърхността си и са имунокомпетентни клетки. Имунорецепторът на В-лимфоцита и специален γδT-лимфоцит разпознава нативния епитоп, т.е. директно разграничава чуждите вещества. Имунорецепторът на традиционния Т-лимфоцит е фокусиран върху олигопептиди в МНС, т.е. разпознава промененото „свое“.

Антиген-специфичните рецептори на лимфоцитите имат сложна молекулярна структура, уникална за всяка клетка. Например

Мерки, в Т-лимфоцитите те се състоят от няколко полипептидни субединици, които имат полигенно кодиране. Броят на гените, които определят структурата на V-областта на този рецептор (вариабилната област, отговорна за специфичното разпознаване) в една незряла клетка достига 100. Когато лимфоцитът узрее, в резултат на рекомбинационни пренареждания във V-гените, индивидът за всяка клетка се образува безкрайно голям брой варианти на антигенна специфичност на рецептора, достигайки 10 12, което е сравнимо с общата популация на Т-лимфоцитите. Образуването на В-клетъчния рецептор следва същите модели. Биологичният смисъл на явлението е изключително важен: тялото постоянно поддържа широк репертоар от специфични лимфоидни рецептори и клетките са готови по всяко време да отговорят със защитна реакция на всеки възможен антиген.

В такава ситуация появата на Т-лимфоцити, специфични за антигените на собственото тяло, е естествена. Те обаче трябва да бъдат елиминирани в тимуса в ранните етапи на тяхното развитие. Следователно те разграничават първиченИ репертоар за разпознаване на вторичен антигенлимфоидни популации. Първичният се характеризира с набор от специфични рецептори, които се образуват по време на образуването на лимфоцити в костния мозък на индивида. Вторичният или клонален репертоар е колекцията от рецепторни варианти след селекцията на автореактивни клетъчни клонове.

Антиген-специфичното приемане в лимфоцитите има стандартни механизми на изпълнение. Сигналът от дразнителя (антиген), получен от екстрацелуларната част на рецептора, се предава през трансмембранната област към неговата вътреклетъчна част, която вече активира вътреклетъчните ензими (тирозинкиназа, фосфорилаза и др.).

За да се задейства продуктивна реакция на лимфоцит, е необходима агрегация на неговите рецептори. Освен това са необходими спомагателни молекули за стабилизиране на взаимодействието рецептор-лиганд и възприемането на костимулиращия сигнал.

Сред лимфоцитите има клетки без отличителните черти на Т- и В-лимфоцитите. Те получиха името нулеви клетки.В костния мозък те представляват около 50% от всички лимфоцити, а в кръвта - около 5%. Функционалната дейност остава неясна.

В лимфоцити.В-лимфоцитите са предимно ефекторни имунокомпетентни клетки, които представляват около 15% от общия брой лимфоцити. Има две субпопулации от В-лимфоцити: традиционни В-клетки, които нямат CD5 - маркер, и CD5 + B1 лимфоцити.

С електронна микроскопия CD5 - B лимфоцитите имат грапава повърхност, върху нея се откриват CD19-22 и някои други. Антиген-специфична рецепторна функция (BCR)извършват специални мембранни форми на имуноглобулини. Клетките експресират MHC клас II, костимулиращи молекули CD40, 80, 86, FcRкъм имунни комплекси и нативни молекули от клас G имуноглобулин, рецептор за миши еритроцити, имуноцитокини и др.

Ориз. 10.5.Схема на диференциране на В-лимфоцити: P - плазмени клетки; MB - В-лимфоцит на имунологичната памет; Bαα - синтезира полимерен имуноглобулин А в лигавиците

Функцията на зрелите CD5 - B лимфоцити и техните потомци (плазмоцити) е производството на имуноглобулини. Освен това В-лимфоцитите са професионални APC. Те участват във формирането на хуморален имунитет, В-клетъчна имунологична памет и незабавна свръхчувствителност.

Диференциацията и съзряването на В-лимфоцитите (фиг. 10.5) се извършват първо в костния мозък и след това в периферните органи на имунната система, където те се заселват на етапа на предшественика. Потомците на В-лимфоцитите са клетки на имунологичната памет и плазмени клетки. Основните морфологични характеристики на последния са развитият ендоплазмен ретикулум и апаратът на Голджи с голям брой рибо-

сом Плазмоцитите имат кратък живот - не повече от 2-3 дни.

В1 лимфоцитите се считат филогенетично за най-древния клон на клетките, произвеждащи антитела. Предшествениците на тези клетки мигрират рано към тъканите на лигавиците, където поддържат своята популация независимо от централните органи на имунната система. Клетките експресират CD5, синтезират IgA и IgM с нисък афинитет към полизахаридните и липидните антигени на микробите и осигуряват имунна защита на лигавиците от опортюнистични бактерии.

Функционалната активност на В-лимфоцитите се контролира от молекулярни антигени и имуноцитокини на Т-хелперни клетки, макрофаги и други клетки.

Т лимфоцити.Т лимфоцитие сложна група от клетки, която произхожда от плурипотентна стволова клетка от костен мозък и узрява и се диференцира от прекурсори в тимуса. Тези клетки представляват около 75% от цялата лимфоидна популация. На електронограмата всички Т-лимфоцити имат гладка повърхност, техният общ маркер е CD3, както и рецепторът за овчи еритроцити. В зависимост от структурата на антигенния рецептор (TCR)и функционална ориентация, Т-лимфоцитната общност може да бъде разделена на групи.

Има два вида TCR: αβ и γδ. Първият тип е хетеродимер, който се състои от две полипептидни вериги - α и β. Характерно е за традиционните Т-лимфоцити, известни като Т-хелперни и Т-клетки-убийци. Вторият се намира на повърхността на специална популация от γδT лимфоцити.

Т-лимфоцитите също са функционално разделени на две субпопулации: имунорегулатори и ефектори. Задачата за регулиране на имунния отговор се изпълнява от Т-хелперни клетки. Преди това се предполагаше, че има Т-супресори, които могат да инхибират развитието на имунния отговор (потискане). Клетката обаче все още не е морфологично идентифицирана, въпреки че самият супресорен ефект съществува. Ефекторната функция се осъществява от цитотоксични лимфоцити Т-убийци.

В тялото Т-лимфоцитите осигуряват клетъчни форми на имунния отговор (свръхчувствителност от забавен тип, трансплантационен имунитет и др.), Определят силата и продължителността на имунната реакция. Тяхното съзряване, диференциация и активност се контролират от цитокини и макрофаги.

Т-помощници.Т-хелперите или Т-хелперите са субпопулация от Т-лимфоцити, които изпълняват регулаторна функция. Те представляват около 75% от цялата популация на Т-лимфоцитите. Те носят CD4 маркера, както и αβ TCR, с помощта на който се анализира естеството на антигена, представен му от АПК.

Приемане на антиген от Т-хелпер, т.е. анализът на неговата чуждост е много сложен процес, който изисква висока точност. Той се подпомага (фиг. 10.6) от молекулата CD3 (в комплекс с TCR), CD4 корецепторни молекули (имат афинитет към МНС клас II молекулярен комплекс), адхезионни молекули (стабилизират междуклетъчния контакт), рецептори (взаимодействат с костимулиращи фактори на APC - CD28, 40L).

Ориз. 10.6.Схема за активиране на Т-хелпер (обяснение в текста)

Активираните хелперни Т клетки произвеждат широк спектър от имуноцитоцити, с които контролират биологичната активност на много клетки, участващи в имунния отговор.

Популацията на Т хелперните клетки е хетерогенна. Активиран CD4 + T лимфоцит (T Ω хелпер) се диференцира в един от своите потомци: T 1 или T 2 хелпер (фиг. 10.7). Тази диференциация е алтернативна и насочена към цитокини. T 1 - или T 2 - помощниците се различават само функционално в спектъра на произведените цитокини.

Т1 хелперът произвежда IL-2, 3, γ-IFN, TNF и др., необходими за развитието на клетъчен имунен отговор, свръхчувствителност от забавен тип и имунно възпаление. Образуването на тази клетка се определя от активирани макрофаги, естествени клетки и клетки Т-убийци, които синтезират IL-12 и γ-IFN.

T 2 хелперът произвежда IL-4, 5, 6, 9, 10, 13 и др., които поддържат хуморалния имунен отговор, както и свръхчувствителността

Ориз. 10.7.Схема на диференциране на Т-хелперите: Т-х - Т-хелпер; aM - активиран макрофаг; Т-к - Т-убиец; aEK - активиран естествен убиец; Е - еозинофил; B - базофил; Т - мастоцит; γδT - γδT лимфоцит

реалност от непосредствен тип. Диференциацията към Т2 хелпера се потенцира от γδT клетки, базофили, мастоцити и еозинофили, които синтезират IL-4 и 13.

Тялото поддържа баланс на Т 1 -/Т 2 помощни клетки, което е необходимо за развитието на адекватен имунен отговор. T 1 - и T 2 - помощниците са антагонисти и инхибират взаимното развитие. Установено е, че в тялото на новородените преобладават хелперните клетки Т2. Нарушаването на колонизацията на стомашно-чревния тракт от нормалната микрофлора инхибира развитието на субпопулацията Т1 хелпер и води до алергизиране на тялото.

Т-клетки убийци (цитотоксични Т-лимфоцити).Т-убиецът е субпопулация от ефекторни Т-лимфоцити, които съставляват приблизително 25% от всички Т-лимфоцити. Молекулите CD8, както и αβ, се откриват на повърхността на Т-клетката убиец TCRкъм антиген в комбинация с МНС клас I, който разграничава „собствените“ клетки от „чуждите“ клетки. Молекулата CD3, която се комплексира с TCRи MHC клас I-тропни CD8 ко-рецепторни молекули (фиг. 10.8).

Т-клетката убиец анализира клетките на собственото си тяло в търсене на чужд MHC клас I. Мутантните клетки, заразени с вирус или алогенна трансплантация, носят на повърхността си такива признаци на генетична чуждост и следователно са мишена на Т-убиеца.

Ориз. 10.8.Схема за активиране на T-killer (обяснения в текста)

Killer T елиминира таргетните клетки чрез независима от антитялото клетъчно-медиирана цитотоксичност (ANCCT) (вижте раздел 11.3.2), за което синтезира редица токсични вещества: перфорин, гранзими и гранулизин. Перфорин- токсичен протеин, който се синтезира от цитотоксични лимфоцити-Т убийци и естествени клетки убийци. Има неспецифично свойство. Произвежда се само от зрели активирани клетки. Перфоринът се образува като разтворим прекурсорен протеин и се натрупва в цитоплазмата в гранули, които се концентрират около TCRконтакт с целевата клетка, за да се осигури локално, целенасочено увреждане на целевата клетка. Съдържанието на гранулите се освобождава в тясна синаптична цепнатина, образувана от близък контакт между цитотоксичния лимфоцит и целевата клетка. Благодарение на хидрофобните участъци, перфоринът се интегрира в цитоплазмената мембрана на клетката-мишена, където в присъствието на Ca 2+ йони полимеризира в трансмембранна пора с диаметър 16 nm. Полученият канал може да причини осмотичен лизис на целевата клетка (некроза) и/или да позволи на гранзимите и гранулизина да проникнат в нея.

Гранзимие общо наименование на серинови протеази, синтезирани от зрели активирани цитотоксични лимфоцити. Има три вида гранзими: A, B и C. След синтез гранзимите се натрупват в гранули като перфорин и заедно

Гранулизин- ефекторна молекула с ензимна активност, синтезирана от цитотоксични лимфоцити. Той е способен да предизвика апоптоза в целевите клетки, увреждайки мембраната на техните митохондрии.

Т-клетката убиец има огромен биологичен потенциал - тя се нарича сериен убиец. За кратък период от време може да унищожи няколко целеви клетки, като за всяка от тях отделя около 5 минути. Ефекторната функция на Т-клетката убиец се стимулира от Т1 помощника, въпреки че в някои случаи не е необходима неговата помощ. В допълнение към своята ефекторна функция, активираните Т клетки убийци синтезират γ-IFN и TNF, които стимулират макрофагите и потенцират имунното възпаление.

γδ Т лимфоцити.Сред Т-лимфоцитите има малка популация от клетки с фенотип CD4 - CD8, които носят на повърхността си специален TCRγδ-тип - γδТ-лимфоцити. Локализиран в епидермиса и лигавицата на стомашно-чревния тракт. Общият им брой не надвишава 1% от общия пул Т-лимфоцити, но в покривните тъкани може да достигне 10%.

γδT лимфоцитите произхождат от автономна линия на стволови клетки, които са мигрирали в покривната тъкан в ранните етапи на ембриогенезата. Когато са зрели, те заобикалят тимуса. Активиран от клетки на увреден епител на стомашно-чревния тракт и епидермиса, възпроизвеждането се засилва от IL-7.

Антигенният рецептор на γδT лимфоцита е подобен на BCR,неговият активен център се свързва директно с епитопа на антигена без неговата предварителна обработка и участие на МНС. Антигенните детерминанти могат да бъдат представени, например, чрез CD1 молекули. γδTCR са фокусирани върху разпознаването на някои широко разпространени микробни антигени (липопротеини, протеини на топлинен шок, бактериални суперантигени и др.).

γδT лимфоцитите могат да бъдат както ефекторни, цитотоксични клетки (участват в отстраняването на патогени в ранните етапи на антиинфекциозната защита), така и регулатори на имунореактивността. Те синтезират цитокини, които активират локалния имунитет и локалния възпалителен отговор, включително засилване на образуването на Т2 помощни клетки. В допълнение, γδ клетките произвеждат IL-7 и контролират собствената си популация.

МНС клас I рецепторът анализира плътността на своята експресия върху клетъчната мембрана. Дефицитът на тези молекули, наблюдаван по време на трансформация на ракови клетки, също потенцира цитотоксичността на NK.

ПлатЕК водят по-заседнал начин на живот и се намират в големи количества в черния дроб и децидуалната мембрана на бременната матка. Те носят маркера CD16 - CD56 много и много Fas-лиганд. Приложете ANCCT (вижте раздел 11.3.2). Прицелните клетки са лимфоцити, които се активират, например, от хранителни антигени или фетални алоантигени и експресират Fas.

В допълнение към цитотоксичните функции, ЕК произвежда цитокини (IL-5, 8, γ-IFN, TNF, гранулоцит-моноцит-колония-стимулиращ фактор-GM-CSF и др.), активира макрофаго-фагоцитната връзка, развитието на имунен отговор и имунно възпаление. Ефекторната функция на NK се усилва от цитокини (IL-2, 4, 10, 12, γ-IFN и др.).

фагоцити(виж раздел 9.2.3.1) - най-многобройната морфологично хетерогенна фракция на имунокомпетентните клетки. Изпълняват регулаторни и ефекторни функции. Те произвеждат имуноцитокини, ензими, радикални йони и други биологично активни вещества, извършват екстра- и вътреклетъчно убиване и фагоцитоза. В допълнение, макрофагите са APC - те осигуряват обработката и представянето на антигена на Т хелперните клетки.

Еозинофили- гранулирани кръвни левкоцити. Съдържащи се в кръвта, разхлабена съединителна тъкан, се натрупват в големи количества в области на локално възпаление, причинено от хелминти, и осигуряват ADCT.

Еозинофилите също синтезират цитокини (IL-3, 5, 8, GM-CSF и др.), Които стимулират клетъчната имунна система и образуването на Т2 помощни клетки, както и липидни медиатори (левкотриени, тромбоцит-активиращ фактор и др.), които отключват възпалителна реакция в областта.внасяне на хелминт.

Мастни клетки- немигриращи морфологични елементи с неизвестен произход, разположени неподвижно по бариерните тъкани (собствена пластиналигавиците, в подкожната съединителна тъкан) и в съединителната тъкан на кръвоносните съдове. Въз основа на набора от синтезирани биологично активни съединения и локализацията се разграничават два вида мастоцити - клетки лигавициИ съединителната тъкан.

Базофили- гранулоцити, получени от стволови клетки на костен мозък и свързани с еозинофилите. Тяхната диференциация се определя алтернативно от цитокини. Те постоянно мигрират с кръвния поток, привлечени са от мястото на възпалението от анафилотоксини (C3a, C4a и C5a) и се задържат там с помощта на съответните хоуминг рецептори.

Базофилът и мастоцитите синтезират подобен набор от биологично активни вещества. Те произвеждат, натрупвайки се в гранули, вазоактивни амини (хистамин при хора и серотонин при гризачи), сулфатирани гликозаминогликани (хондроитин сулфат, хепарин), ензими (серинови протеази и др.), Както и цитокин α-TNF. Левкотриените (C4, D4, E4), простагландините се освобождават директно в междуклетъчното пространство (PGD2, PGE2),цитокини (IL-3, 4, 5, 13 и GM-CSF) и фактор, активиращ тромбоцитите.

На повърхността базофилите и мастоцитите носят висок афинитет FcRкъм IgE и G4. Образуваният рецепторен комплекс специфично взаимодейства с епитопа на антигена/алергена. Те също така изразяват FcRкъм IgG като част от имунния комплекс. Базофилите и мастните клетки се активират от алергени, анафилотоксини, медиатори на активирани неутрофили, норепинефрин и се инхибират от имунни комплекси.

Свързването на алергена с рецепторния комплекс причинява дегранулация на базофилите и мастоцитите - залп от биологично активни съединения, съдържащи се в гранулите, в междуклетъчното пространство, което води до развитие на незабавна свръхчувствителност (алергична реакция тип I).

Базофилът и мастоцитите насочват диференциацията на Т хелперните клетки към Т2 субпопулацията и засилват еозинофилогенезата.

Дендритни клетки- процесни клетки с произход от костен мозък. Локализиран в лимфоидни органи и бариерни тъкани. Те експресират MHC клас II и костимулиращи фактори (CD40, 80, 86) на повърхността си. Способен да абсорбира

запазване чрез ендоцитоза, процес (процес) и представяне (представяне) на антигена на Т хелперни клетки в комбинация с МНС клас II. Това е най-активният селскостопански сектор. Сред дендритните клетки са добре познати клетките на Лангерханс (в епидермиса), интердигиталните клетки (в лимфните възли) и дендритните клетки на тимуса.

10.2.2. Организация на функционирането на имунната система

Имунната система има сложна организация – много различни клетъчни популации и разтворими имунни фактори участват в изпълнението на определена функция. Клетките непрекъснато циркулират в тялото, умират в процеса на жизнена дейност и се възпроизвеждат.

В зависимост от конкретната нужда, определена функция на имунната система може да бъде активирана или потисната (потисната). Всеки отговор на имунната система обаче се осъществява само при постоянно взаимодействие на почти всички видове нейни клетки, т.е. в условията на междуклетъчно сътрудничество. Дразнителът (активиращият сигнал) е антиген. В развитието на всеки имунен отговор може да се проследи каскада от последователно променящи се етапи.

10.2.2.1. Взаимодействие между клетките на имунната система

Необходимо условие за функционирането на имунната система е тясно междуклетъчно сътрудничество,чиято основа е взаимодействието рецептор-лиганд. За да комуникират помежду си, клетките използват различни далечни разтворими фактори и директен контакт.

Синтезът на разтворими фактори е един от универсалните методи за комутация на клетките една с друга. Те включват цитокини, от които понастоящем са известни повече от 25. Те представляват хетерогенно семейство от биологично активни молекули, които са различни по структура и функция и имат редица общи свойства:

По правило цитокините не се съхраняват в клетката, а се синтезират след подходящ стимул;

За да усети цитокинов сигнал, клетката експресира съответен рецептор, който може да взаимодейства с няколко различни цитокини;

Цитокините се синтезират от клетки от различни линии, нива и посоки на диференциация;

Субпопулациите на клетките на имунната система се различават по обхвата на синтезираните цитокини и техните рецептори;

Цитокините имат гъвкавост, множество ефекти и синергизъм;

Цитокините могат да засегнат както близката клетка (паракринна регулация), така и самия производител (автокринна регулация);

Цитокинова регулация е каскадна по природа: активирането на клетка от един цитокин предизвиква синтеза на друг;

По-голямата част от тях са медиатори на къси разстояния - техните ефекти се проявяват на мястото на производство. В същото време редица провъзпалителни цитокини (IL-1, 6, α-TNF и др.) Могат да имат системен ефект.

Цитокините се различават по своята водеща функционална ориентация:

Медиатори на преимунно възпаление (IL-1, 6,12, α-TNF);

Медиатори на имунно възпаление (IL-5, 9, 10, γ-IFN

Стимулатори на пролиферация и диференциация на лимфоцити (IL-2, 4, 13, трансформиращ растежен фактор - β-TGF

Фактори на клетъчен растеж или фактори, стимулиращи колониите

(IL-3, 7, GM-CSF и др.);

Хемокини или клетъчни хемоатрактанти (IL-8 и др.). Кратко описание на някои цитокини е дадено в

Директното междуклетъчно взаимодействие се основава на приемането на структури, експресирани върху мембраната на противниковата клетка. Това изисква достатъчно дълъг и стабилен клетъчен контакт. Този метод на превключване се използва от Т-хелперите и Т-убийците при анализиране на чуждостта на представените структури. Механизмът на действие на костимулаторните фактори (двойки CD40-CD40-лиганд, CD28-CD80, 86) също изисква директен контакт.

10.2.2.2. Активиране на имунната система

Активирането на имунната система предполага развитие на продуктивен имунен отговор в отговор на антигенно дразнене

Таблица 10.3. Характеристика на основните цитокини

Продължение на таблицата. 10.3

Продължение на таблицата. 10.3

Край на масата. 10.3

Забележка. MIF - миграционен инхибиторен фактор.

и появата на продукти от разрушаване на тъканите на макроорганизма. Това е сложен многоетапен процес, който изисква продължително време за индукцията му – около 4 дни. Критично събитие е невъзможността за елиминиране на антигена от вродени имунни фактори в рамките на определен период.

Задействащият механизъм на адаптивния имунитет е разпознаването на „приятел или враг“, което се извършва от Т-лимфоцитите с помощта на техните директни имунорецептори - TCR.Ако се установи чуждостта на биоорганична молекула, се активира вторият етап на отговора - започва интензивна репликация на клонинг на силно антиген-специфични лимфоцитни ефектори, способни да прекъснат антигенната интервенция. Това явление се нарича "клонинг разширение"Паралелно, но малко по-късно от пролиферацията, се стимулира диференциацията на имунните лимфоцити и образуването на клетки от имунологична памет от тях, гарантиращи оцеляване в бъдеще.

По този начин, продуктивното активиране на имунната система е свързано с пролиферацията и диференциацията на антиген-реактивни клонове на имунокомпетентни клетки. Антигенът в този процес играе ролята на индуктор и фактор на клонална селекция. Механизмите на основните етапи на активиране на имунната система са разгледани по-долу.

Активиране на Т-хелпера.Процесът (виж фиг. 10.6) се осъществява с прякото участие на APC (дендритни клетки, В-лимфоцити и макрофаги). След ендоцитоза и обработка на антиген във вътреклетъчни везикули, APC интегрира получения олигопептид в молекула на МНС клас II и показва получения комплекс върху външната мембрана. На повърхността на APCs се експресират и костимулиращи фактори - молекули CD40, 80, 86, чиито мощни индуктори са продуктите на разрушаване на покривните тъкани на етапа на преимунното възпаление.

T-helper с помощта на адхезионни молекули се свързва здраво с повърхността на APC. Имунорецепторът Т-хелпер, заедно с молекулата CD3, с подкрепата на молекулата на корецептора CD4, взаимодейства с комплекса антиген-МНС клас II и анализира чуждостта на неговата структура. Продуктивността на приемане зависи от костимулаторните ефекти в двойките CD28-CD80/86 и CD40-лиганд-CD40.

Ако комплексът антиген-MHC клас II се разпознае като чужд (по-точно „не себе си“), Т-хелперът се активира. Той е експресивен

създава рецептор за IL-2 и започва да синтезира IL-2 и други цитокини. Резултатът от активирането на Т-помощника е неговото възпроизвеждане и диференциация в един от неговите потомци - Т 1 - или Т 2 - помощник (виж фиг. 10.2). Всяка промяна в условията на приемане спира активирането на Т-хелпера и може да предизвика апоптоза в него.

Активиране на В-лимфоцити.За активиране на В-лимфоцит (фиг. 10.9) е необходимо сумирането на три последователни сигнала. Първият сигнал е резултат от взаимодействието на антигенна молекула със специфичен BCR,вторият е интерлевкиновият стимул на активирани Т хелперни клетки и третият е резултат от взаимодействието на костимулиращи CD40 молекули с CD40 лиганда.

Активирането инициира пролиферацията и диференциацията на антиген-специфичния В лимфоцит (виж Фиг. 10.2). В резултат на това в зародишните центрове на лимфоидните фоликули се появява клонинг на специфични производители на антитела. Диференциацията ви позволява да превключите биосинтезата на имуноглобулини от класове M и D към по-икономични: G, A или E (рядко), да увеличите афинитета на синтезираните антитела и да образувате В клетки на имунологичната памет или плазмени клетки.

Активирането на В-лимфоцитите е много деликатен процес. Липсата на поне един от стимулите (нарушено междуклетъчно сътрудничество, неспецифичност на В-лимфоцитния рецептор или елиминиране на антиген) блокира развитието на имунния отговор на антитялото.

Активиране на Т-клетки убийци.За да изпълнява надзорната функция, Т-убиецът влиза в близък и продължителен контакт с потенциала

Ориз. 10.9.Схема на активиране на В-лимфоцитите (пояснения в текста)

таргетната клетка с помощта на адхезионни молекули (виж Фиг. 10.8). След това имунорецепторът на Т-клетката убиец (αβ TCR)заедно с молекулата CD3, с подкрепата на ко-рецепторната молекула CD8, взаимодейства с антигенния комплекс МНС клас I и анализира неговата структура. Откриването на отклонения в полза на алогенността активира Т-клетката убиец да експресира рецептора за IL-2 и да синтезира IL-2 и да освободи ефекторни молекули (перфорин, гранзими, гранулизин) от цитоплазмените гранули в синаптичната цепнатина на междуклетъчния контакт.

За адекватно развитие на клетъчната форма на имунния отговор са необходими активиращи стимули от Т1 помощника. Т-клетките убийци могат да функционират автономно, като независимо инициират и поддържат образуването на клонове поради автокринна стимулация на IL-2. Този имот обаче рядко се реализира.

10.2.2.3. Потискане на имунния отговор

Потискането или потискането на имунния отговор е физиологична реакция на тялото, която обикновено завършва имунния отговор и е насочена към инхибиране на експанзията на антиген-специфични клонове на лимфоцити. За разлика от имунологичната толерантност, вече започнал имунен отговор подлежи на потискане. Има три механизма на имуносупресия: унищожаване на клонове на имунокомпетентни клетки, инхибиране на активността на имунокомпетентни клетки, елиминиране на антигенния стимул.

Имунокомпетентните клетки могат да бъдат елиминирани чрез апоптоза. В този случай се елиминират следните групи клетки:

Терминално диференцирани лимфоцити, които са завършили своята биологична програма;

Активирани лимфоцити, които не са получили антигенен стимул;

"износени" лимфоцити;

Автореактивни клетки.

Естествените фактори, които инициират апоптозата, са глюкокортикоидните хормони, Fas-лиганд, α-TNF и други имуноцитокини, гранзими и гранулизин. Апоптозната деструкция на таргетните клетки може да бъде активирана от Т клетки убийци, NK клетки с фенотип CD16 - CD56 и Т1 помощни клетки.

В допълнение към апоптозата е възможна антитяло-зависима лимфоцитолиза. Например, за медицински цели антилимфоцит

серум, който в присъствието на комплемент предизвиква лизиране на лимфоцитите. Също така е възможно да се елиминира лимфоидната популация чрез излагане на йонизиращо лъчение или цитостатици.

Функционалната активност на имунокомпетентните клетки може да бъде инхибирана от разтворими фактори на техните конкуренти или потомци. Водеща роля принадлежи на имуноцитокините с множество ефекти. Известно е например, че Т2 хелперите, γδT лимфоцитите и мастните клетки с помощта на IL-4, 13 предотвратяват диференциацията на Т0 хелперните клетки в Т1 клетки. Последният от своя страна може да блокира образуването на Т2 хелпер чрез синтезиране на γ-IFN. Пролиферацията на Т и В лимфоцити е ограничена от β-TGF, който се произвежда от терминално диференцирани Т хелперни клетки. Вече споменатите Т2 помощни продукти (IL-4, 13 и β-TGF) потискат биологичната активност на макрофагите.

Потискането на хуморалната имунна система може да бъде причинено от имуноглобулини. Прекомерните концентрации на имуноглобулин G, свързващ се със специални рецептори на мембраната на В-лимфоцита, инхибират биологичната активност на клетката и способността й да се диференцира в плазмоцит.

Елиминирането на антиген от тялото в природата се наблюдава, когато тялото е напълно освободено от патогена с развитието на стерилен имунитет. В клиничната практика ефектът се постига чрез прочистване на организма чрез плазмена или лимфосорбция, както и чрез неутрализиране на антигена с антитела, специфични за високоимуногенни епитопи.

10.2.2.4. Свързани с възрастта промени в имунната система

Има два различни етапа в развитието на имунната система. първо, антиген независим,което започва в ембрионалния период на развитие и частично продължава през целия живот. През този период се образуват стволови клетки и различни антиген-специфични клонове на лимфоцити. Прекурсорите на γδT и B1 лимфоцитите мигрират в покривните тъкани и образуват автономни лимфоидни линии.

Втора фаза, зависим от антигена,продължава от момента на раждането на индивида до неговата смърт. През този период имунната система се запознава с разнообразието от антигени около нас. С натрупването на биологичен опит, т.е. количеството и качеството на продуктивните контакти с антигени, възниква селекция

и репликация на отделни клонове на имунокомпетентни клетки. Особено интензивното разрастване на клонингите е характерно за детството. През първите 5 години от живота имунната система на детето трябва да усвои приблизително 90% от биологичната информация. Други 9% се възприемат преди пубертета, оставяйки само около 1% за зряла възраст.

Имунната система на детето трябва да се справи с чудовищни ​​натоварвания, които се падат главно на хуморалната част на имунната система. На места с висока гъстота на населението и чести междуиндивидуални контакти (големи градове) се създават условия за дългосрочно запазване на високи концентрации на различни патогени. Ето защо децата в големите градове често боледуват. Въпреки това, човек получава впечатлението за тотален имунен дефицит, генериран от изключителни екологични бедствия. Междувременно еволюционно присъщите механизми на имунната защита позволяват на тялото на детето успешно да се справи с трудни естествени тестове за жизнеспособност и да реагира адекватно на профилактиката на ваксината.

С възрастта имунната система променя структурата си. В тялото на възрастен до 50% от общия лимфоиден пул е представен от клонове на клетки, които са претърпели антигенна стимулация. Биологичният опит, натрупан от имунната система, се проявява чрез образуването на тясна „библиотека“ от жизненоважни (действителни) клонове на лимфоцити, специфични за основните патогени. Поради дълголетието на клетките на имунологичната памет, действителните клонове стават самодостатъчни с течение на времето. Те придобиват способността да се самоподдържат и стават независими от централните органи на имунната система. Функционалното натоварване на тимуса намалява, което се проявява чрез неговата свързана с възрастта инволюция. Въпреки това, тялото запазва широка гама от непотърсени „наивни“ клетки. Те са в състояние да отговорят на всяка нова антигенна агресия.

точни елементи на тялото. Следователно, след раждането, системата на адаптивния клетъчен имунитет започва интензивно да се развива, а с него и образуването на клонинги на Т1 помощни и Т клетки убийци. Беше отбелязано, че нарушаването на постнаталната колонизация на стомашно-чревния тракт от нормалната флора инхибира процеса на адекватно образуване на Т1 помощна популация в полза на Т2 клетки. Прекомерната активност на последния води до алергизиране на детския организъм.

Продуктивният имунен отговор след неговото завършване (неутрализиране и елиминиране на антигена от тялото) също е придружен от промени в клоналната структура на антиген-реактивните лимфоцити. При липса на активиращи стимули, клонингът инволюира. Неизползваните клетки умират с течение на времето поради стареене или индуциране на апоптоза и този процес започва с по-диференцирани ефекторни лимфоцити. Броят на клонингите постепенно намалява и се проявява с постепенно намаляване на имунния отговор. Клетките на имунологичната памет обаче продължават да съществуват в тялото дълго време.

Старческият период от живота се характеризира с доминирането на действителни клонове на антиген-специфични лимфоцити в имунната система, съчетано с нарастваща имуносупресия и намаляване на общата реактивност. Инфекциите, причинени дори от опортюнистични микроби, често стават продължителни или заплашителни. Клетъчният имунитет също губи своята ефективност, а обемът на злокачествено трансформираните клетки постепенно се увеличава. Следователно неоплазмите са често срещани при възрастните хора.

Задачи за самоподготовка (самоконтрол)

А.Маркирайте ефекторните клетки на имунната система:

1. Дендритни клетки.

2. В лимфоцити.

3. Т-хелпери.

4. Т-килъри. б.Маркирайте APK:

1. Дендритни клетки.

2. В лимфоцити.

3. Макрофаги.

4. Т-хелпери.

IN.Маркирайте клетките, върху които се експресира MHC клас 2 рецептор:

1. Т-убийци.

2. Дендритни клетки.

3. Макрофаги.

4. В лимфоцити.

Ж.Обърнете внимание на маркерите на B клетките:

1. MNS 2 клас.

Д.Маркирайте молекулите на Т хелперния рецептор:

д.Назовете клетките и медиаторите, които участват в образуването на Т1 помощни клетки:

2. Т-килъри.

3. γ-интерферон.

4. Активиран макрофаг.

5. Мастоцити.

И.Назовете клетките и медиаторите, които участват в образуването на Т2 помощни клетки:

1. Базофили.

2. Т-килъри.

3. Мастни клетки.

З.Назовете двойката рецептор-лигаза, необходима за костимулиране на Т-хелперни APC. Без тази костимулация, представянето на антигена на хелперната Т клетка може да доведе до нейното функционално инактивиране:

2. MHC клас 2/CD4.

3. MHC клас 1CD8.

4. MHC клас 2/TCR

И.Назовете двойката рецептор-лигаза, необходима за стимулиране на Т-клетки убийци (CD8):

1. MHC клас 2/CD4.

2. MHC клас 1/CD8.

ДА СЕ.Някои вируси и бактериални токсини имат свойството на суперантигени, причинявайки неспецифично активиране на лимфоцитите, което води до тяхната смърт. Обяснете механизма на тяхното действие.

Какво представляват антигените

Това са всички вещества, съдържащи се в (или секретирани от) микроорганизми и други клетки, които носят признаци на генетично чужда информация и които потенциално могат да бъдат разпознати от имунната система на тялото. Когато бъдат въведени във вътрешната среда на тялото, тези генетично чужди вещества са способни да предизвикат имунен отговор от различен тип.

Всеки микроорганизъм, колкото и примитивен да е, съдържа няколко антигена. Колкото по-сложна е структурата му, толкова повече антигени могат да бъдат намерени в състава му.

Различни елементи на микроорганизма имат антигенни свойства - флагела, капсула, клетъчна стена, цитоплазмена мембрана, рибозоми и други компоненти на цитоплазмата, както и различни протеинови продукти, отделяни от бактерии във външната среда, включително токсини и ензими.

Различават се екзогенни антигени (попадащи в организма отвън) и ендогенни антигени (автоантигени – продукти на собствените клетки на организма), както и антигени, предизвикващи алергични реакции – алергени.

Какво представляват антителата

- серумни протеини, които се произвеждат от плазмените клетки в отговор на проникването на антиген в тялото. Антителата се произвеждат от клетките на лимфоидните органи и циркулират в кръвната плазма, лимфата и други телесни течности.

Основната важна роля на антителата е да разпознават и свързват чужд материал (антиген), както и да задействат механизма за унищожаване на този чужд материал. Основно и уникално свойство на антителата е тяхната способност да свързват антигена директно във формата, в която влиза в тялото.

Антителата имат способността да разграничават един антиген от друг. Те са способни на специфично взаимодействие с антиген, но взаимодействат само с антигена (с редки изключения), който е предизвикал тяхното образуване и ги вписва в пространствена структура. Тази способност на антитялото се нарича взаимно допълване.

Все още не съществува пълно разбиране на молекулярния механизъм на образуване на антитела. Молекулярните и генетичните механизми, лежащи в основата на разпознаването на милиони различни антигени, открити в околната среда, не са проучени.

Антитела и имуноглобулини

В края на 30-те години на 20 век започва изследването на молекулярната природа на антителата. Един от методите за изследване на молекулите е електрофорезата, която е въведена в практиката през същите години. Електрофорезата позволява протеините да бъдат разделени въз основа на техния електрически заряд и молекулно тегло. Електрофорезата на серумния протеин обикновено произвежда 5 основни ивици, които съответстват (от + до -) на фракциите на албумина, алфа1, алфа2, бета и гама глобулина.

През 1939 г. шведският химик Арне Тиселиус и американският имунохимик Алвин Кабат използват електрофореза за фракциониране на кръвния серум на имунизирани животни. Учените са показали, че антителата се съдържат в определена част от серумните протеини. А именно, антителата се отнасят главно до гама глобулини. Тъй като някои попадат и в областта на бета-глобулините, е предложен по-добър термин за антитела - имуноглобулини.

В съответствие с международната класификация се нарича съвкупността от серумни протеини, които имат свойствата на антитела имуноглобулинии се обозначават със символа Ig (от думата "имуноглобулин").

Срок "имуноглобулини"отразява химическата структура на молекулите на тези протеини. Срок "антитела"определя функционалните свойства на молекулата и отчита способността на антитялото да реагира само със специфичен антиген.

Преди това се приемаше, че имуноглобулините и антителата са синоними. Понастоящем има мнение, че всички антитела са имуноглобулини, но не всички имуноглобулинови молекули имат функцията на антитела.

Говорим за антитела само по отношение на антигена, т.е. ако антигенът е известен. Ако не знаем антигена, допълващ определен имуноглобулин, който имаме в ръцете си, тогава имаме само имуноглобулин. Във всеки антисерум, в допълнение към антителата срещу даден антиген, има голям брой имуноглобулини, чиято антитяло активност не може да бъде открита, но това не означава, че тези имуноглобулини не са антитела към други антигени. Въпросът за съществуването на имуноглобулинови молекули, които първоначално нямат свойствата на антитела, остава открит.

Антителата (AT, имуноглобулини, IG, Ig) са централната фигура на хуморалния имунитет. Основна роля в имунната защита на организма играят лимфоцитите, които се делят на две основни категории – Т-лимфоцити и В-лимфоцити.

Антителата или имуноглобулините (Ig) се синтезират от В-лимфоцитите, или по-точно от антителообразуващите клетки (AFC). Синтезът на антитела започва в отговор на навлизането на антигени във вътрешната среда на тялото. За да синтезират антитела, В-клетките изискват контакт с антиген и произтичащото от това съзряване на В-клетките в клетки, образуващи антитела. Значителен брой антитела се произвеждат от така наречените плазмени клетки, образувани от В-лимфоцити - AOC, които се откриват в кръвта и тъканите. Имуноглобулините се намират в големи количества в серума, междуклетъчната течност и други секрети, осигурявайки хуморален отговор.

Класове имуноглобулини

Имуноглобулините (Ig) се различават по структура и функция. Има 5 различни класа имуноглобулини, открити при хората: IgG,IgA,IgM,IgE,IgD, някои от които са допълнително разделени на подкласове. Има подкласове за имуноглобулини от класове G (Gl, G2, G3, G4), A (A1, A2) и M (M1, M2).

Класовете и подкласовете, взети заедно, се наричат изотиповеимуноглобулини.

Антителата от различни класове се различават по молекулен размер, заряд на протеиновата молекула, аминокиселинен състав и съдържание на въглехидратния компонент. Най-изследваният клас антитела е IgG.

В човешкия кръвен серум обикновено преобладават имуноглобулини от клас IgG. Те представляват приблизително 70-80% от общите серумни антитела. Съдържание на IgA - 10-15%, IgM - 5-10%. Съдържанието на имуноглобулини от класове IgE и IgD е много малко - около 0,1% за всеки от тези класове.

Не трябва да се мисли, че антителата срещу определен антиген принадлежат само към един от петте класа имуноглобулини. Напротив, антителата срещу един и същи антиген могат да бъдат представени от различни класове Ig.

Най-важната диагностична роля играе определянето на антитела от класове M и G, тъй като след като човек е заразен, първо се появяват антитела от клас M, след това клас G, а имуноглобулините A и E се появяват последни.

Имуногенност и антигенност на антигените

В отговор на навлизането на антигени в тялото започва цял комплекс от реакции, насочени към освобождаване на вътрешната среда на тялото от продуктите на чужда генетична информация. Този набор от защитни реакции на имунната система се нарича имунен отговор.

Имуногенностсе нарича способността на антигена да предизвика имунен отговор, тоест да предизвика специфична защитна реакция на имунната система. Имуногенността може да се опише и като способност за създаване на имунитет.

Имуногенността до голяма степен зависи от естеството на антигена, неговите свойства (молекулно тегло, подвижност на антигенните молекули, форма, структура, способност за промяна), от пътя и начина на навлизане на антигена в тялото, както и от допълнителни влияния и генотипа на реципиента.

Както бе споменато по-горе, една от формите на отговор на имунната система в отговор на въвеждането на антиген в тялото е биосинтезата на антитела. Антителата са в състояние да свържат антигена, който е причинил тяхното образуване, и по този начин да предпазят тялото от възможните вредни ефекти на чужди антигени. В тази връзка се въвежда понятието антигенност.

Антигенност- това е способността на антигена да взаимодейства специфично с имунни фактори, а именно да взаимодейства с продуктите на имунния отговор, причинени от това конкретно вещество (антитела и рецептори за разпознаване на Т- и В-антиген).

Някои термини от молекулярната биология

Липиди(от старогръцки λίπος - мазнина) - обширна група от доста разнообразни естествени органични съединения, включително мазнини и мастноподобни вещества. Липидите се намират във всички живи клетки и са един от основните компоненти на биологичните мембрани. Те са неразтворими във вода и силно разтворими в органични разтворители. Фосфолипиди- сложни липиди, съдържащи висши мастни киселини и остатък от фосфорна киселина.

Потвърждениемолекули (от латински conformatio - форма, структура, подреждане) - геометрични форми, които молекулите на органичните съединения могат да приемат при въртене на атоми или групи от атоми (заместители) около прости връзки, като същевременно се запазва редът на химичната връзка на атомите (химическа структура) , дължината на връзките и ъглите на връзката.

Органични съединения (киселини) със специална структура. Техните молекули съдържат едновременно аминогрупи (NH 2) и карбоксилни групи (COOH). Всички аминокиселини се състоят само от 5 химични елемента: C, H, O, N, S.

Пептиди(гръцки πεπτος - хранителен) - семейство вещества, чиито молекули са изградени от два или повече аминокиселинни остатъка, свързани във верига чрез пептидни (амидни) връзки. Наричат ​​се пептиди, чиято последователност е по-дълга от около 10-20 аминокиселинни остатъка полипептиди.

В полипептидната верига има N-край, образуван от свободна а-амино група и С-край, имащ свободна а-карбоксилна група. Пептидите се записват и четат от N-края до С-края - от N-крайната аминокиселина до С-крайната аминокиселина.

Аминокиселинни остатъци- Това са мономери на аминокиселини, които изграждат пептидите. Аминокиселинен остатък, който има свободна аминогрупа, се нарича N-краен и се записва отляво, а този, който има свободна α-карбоксилна група, се нарича С-краен и се записва отдясно.

протеиниобикновено наричани полипептиди, съдържащи приблизително 50 аминокиселинни остатъка. Терминът "протеини" се използва и като синоним на термина "протеини" (от гръцки protos - първи, най-важен). Молекулата на всеки протеин има ясно дефинирана, доста сложна, триизмерна структура.

Аминокиселинните остатъци в протеините обикновено се означават с помощта на трибуквен или еднобуквен код. Трибуквеният код е съкращение от английските имена на аминокиселини и често се използва в научната литература. Еднобуквените кодове в по-голямата си част нямат интуитивна връзка с имената на аминокиселините и се използват в биоинформатиката за представяне на аминокиселинни последователности в текст за лесен компютърен анализ.

Пептиден гръбнак.В полипептидната верига последователността от атоми -NH-CH-CO- се повтаря многократно.Тази последователност образува пептидния гръбнак. Полипептидната верига се състои от полипептиден скелет (скелет), който има правилна, повтаряща се структура и отделни странични групи (R-групи).

Пептидни връзкикомбинират аминокиселини в пептиди. Пептидните връзки се образуват от взаимодействието на α-карбоксилната група на една аминокиселина и α-аминогрупата на следваща аминокиселина. Пептидните връзки са много силни и не се разпадат спонтанно при нормални условия в клетките.

Наричат ​​се групи от атоми -CO-NH-, които се повтарят многократно в пептидните молекули пептидни групи. Пептидната група има твърда планарна (плоска) структура.

Протеинова конформация- разположение на полипептидната верига в пространството. Пространствената структура, характерна за протеиновата молекула, се формира поради вътремолекулни взаимодействия. Поради взаимодействието на функционални групи от аминокиселини, линейните полипептидни вериги на отделните протеини придобиват определена триизмерна структура, която се нарича "протеинова конформация".

Процесът на образуване на функционално активна протеинова конформация се нарича сгъване. Твърдостта на пептидната връзка намалява броя на степените на свобода на полипептидната верига, която играе важна роля в процеса на сгъване.

Глобуларни и фибриларни протеини.Изследваните до момента протеини могат да бъдат разделени на два големи класа според способността им да приемат определена геометрична форма в разтвор: фибриларен(опъната на нишка) и кълбовиден(навити на топка). Полипептидните вериги на фибриларните протеини са удължени, разположени успоредно една на друга и образуват дълги нишки или слоеве. В глобуларните протеини полипептидните вериги са плътно нагънати в глобули - компактни сферични структури.

Трябва да се отбележи, че разделянето на протеините на фибриларни и глобуларни е конвенционално, тъй като има голям брой протеини с междинна структура.

Първична протеинова структура(първична структура на протеина) е линейна последователност от аминокиселини, които изграждат протеин в полипептидна верига. Аминокиселините са свързани една с друга чрез пептидни връзки. Аминокиселинната последователност се записва, започвайки от С-края на молекулата към N-края на полипептидната верига.

P.s.b е най-простото ниво на структурна организация на протеинова молекула. Първо P.s.b. е създадена от Ф. Сангер за инсулин (Нобелова награда за 1958 г.).

(вторична структура на протеина) - нагъването на полипептидната верига на протеина в резултат на взаимодействието между близко разположени аминокиселини в рамките на една и съща пептидна верига - между аминокиселини, разположени на няколко остатъка един от друг.

Вторичната структура на протеините е пространствена структура, която се формира в резултат на взаимодействията между функционалните групи, които изграждат пептидния скелет.

Вторичната структура на протеините се определя от способността на групите на пептидната връзка да претърпят водородни взаимодействия между -C=O и -NH- функционалните групи на пептидния скелет. В този случай пептидът има тенденция да приеме конформация с образуването на максимален брой водородни връзки. Въпреки това, възможността за тяхното образуване е ограничена от природата на пептидната връзка. Следователно пептидната верига не придобива произволна, а строго определена конформация.

Вторичната структура се формира от сегменти на полипептидната верига, които участват в образуването на правилна мрежа от водородни връзки.

С други думи, вторичната структура на полипептида се отнася до конформацията на неговата основна верига (скелет), без да се взема предвид конформацията на страничните групи.

Полипептидната верига на протеина, сгъваща се под въздействието на водородни връзки в компактна форма, може да образува редица правилни структури. Известни са няколко такива структури: α (алфа)-спирала, β (бета)-структура (друго име е β-нагънат слой или β-нагънат лист), произволна намотка и въртене. Рядък тип протеинова вторична структура са π-спиралите. Първоначално изследователите вярваха, че този тип спирала не се среща в природата, но по-късно тези спирали бяха открити в протеини.

α-спиралата и β-структурата са енергийно най-благоприятните конформации, тъй като и двете са стабилизирани от водородни връзки. В допълнение, както α-спиралата, така и β-структурата са допълнително стабилизирани чрез плътното опаковане на атомите на гръбнака, които пасват заедно като парчета от картинен пъзел.

Тези фрагменти и тяхната комбинация в определен протеин, ако присъстват, се наричат ​​още вторична структура на този протеин.

В структурата на глобуларните протеини могат да се намерят фрагменти от правилна структура от всички видове във всяка комбинация, но може и да няма. Във фибриларните протеини всички остатъци принадлежат към един тип: например вълната съдържа α-спирали, а коприната съдържа β-структури.

Така най-често вторичната структура на протеина е нагъването на протеиновата полипептидна верига в α-спирални участъци и β-структурни образувания (слоеве), включващи водородни връзки. Ако водородните връзки се образуват между зоните на огъване на една верига, тогава те се наричат ​​вътрешноверижни; ако между вериги, те се наричат ​​междуверижни. Водородните връзки са разположени перпендикулярно на полипептидната верига.

α-спирала-образуват се от вътреверижни водородни връзки между NH групата на един аминокиселинен остатък и СО групата на четвъртия остатък от него. Средната дължина на α-спиралите в протеините е 10 аминокиселинни остатъка

В α-спирала се образуват водородни връзки между кислородния атом на карбонилната група и водорода на амидния азот на 4-та аминокиселина от него. Всички C=O и N-H групи на основната полипептидна верига участват в образуването на тези водородни връзки. Страничните вериги на аминокиселинните остатъци са разположени по периферията на спиралата и не участват в образуването на вторичната структура.

β-структурисе образуват между линейните области на пептидния скелет на една полипептидна верига, като по този начин образуват нагънати структури (няколко зигзагообразни полипептидни вериги).

β-структурата се образува поради образуването на много водородни връзки между атомите на пептидните групи на линейните вериги. В β-структурите водородните връзки се образуват между аминокиселини или различни протеинови вериги, които са относително отдалечени една от друга в първичната структура, а не са разположени близо, както е в случая с α-спирала.

В някои протеини могат да се образуват β-структури поради образуването на водородни връзки между атомите на пептидния скелет на различни полипептидни вериги.

Полипептидните вериги или части от тях могат да образуват паралелни или антипаралелни β-структури. Ако няколко вериги на полипептид са свързани в противоположни посоки и N- и C-краищата не съвпадат, тогава антипаралеленβ-структура, ако съвпадат – паралеленβ-структура.

Друго име за β-структурите е β-листове(β-нагънати слоеве, β-листове). β-лист се образува от две или повече β-структурни области на полипептидна верига, наречени β-нишки. Обикновено β-листовете се намират в глобуларни протеини и съдържат не повече от 6 β-нишки.

β-вериги(β-вериги) са области на протеинова молекула, в които връзките на пептидния скелет на няколко последователни полипептиди са организирани в равнинна конформация. В илюстрациите β-веригите на протеините понякога се изобразяват като плоски "ленти с върха на стрела", за да се подчертае посоката на полипептидната верига.

Основната част от β-веригите е разположена в съседство с други вериги и образува с тях обширна система от водородни връзки между C=O и N-H групите на основната протеинова верига (пептиден скелет). β-нишките могат да бъдат пакетирани , като се стабилизира напречно от две или три водородни връзки между последователни нишки. Този метод на полагане се нарича β-лист.

Объркана плетеница- това е част от пептидната верига, която няма регулярна, периодична пространствена организация. Такива региони във всеки протеин имат своя собствена фиксирана конформация, която се определя от аминокиселинния състав на този регион, както и от вторичните и третичните структури на съседните региони, обграждащи „хаотичната намотка“. В областите на произволна намотка пептидната верига може да се огъне сравнително лесно и да промени конформацията, докато α-спиралите и β-листовият слой са доста твърди структури

Друга форма на вторична структура се обозначава като β-завой. Тази структура се образува от 4 или повече аминокиселинни остатъка с водородна връзка между първия и последния и по такъв начин, че пептидната верига променя посоката си на 180°. Примковата структура на такъв завой се стабилизира от водородна връзка между карбонилния кислород на аминокиселинния остатък в началото на завоя и N-H групата на третия остатък по протежение на веригата в края на завоя.

Ако антипаралелните β-нишки се доближат до β-завоя от двата края, тогава се образува вторична структура, т.нар. β-шнола(β-фиби)

Третична структура на протеина(третична структура на протеина) - В разтвор при физиологични условия полипептидната верига се нагъва в компактна формация, която има определена пространствена структура, която се нарича третична структура на протеина. Образува се в резултат на самонагъване поради взаимодействия между радикали (ковалентни и водородни връзки, йонни и хидрофобни взаимодействия). За първи път Т.с.б. е установен за протеина миоглобин от J. Kendrew и M. Perutz през 1959 г. (Нобелова награда за 1962 г.). T.s.b. почти напълно се определя от първичната структура на протеина. Понастоящем с помощта на методите на рентгенов дифракционен анализ и ядрено-магнитна спектроскопия (ЯМР спектроскопия) са определени пространствените (третични) структури на голям брой протеини.

Кватернерна структура на протеина.Протеините, състоящи се от една полипептидна верига, имат само третична структура. Въпреки това, някои протеини са изградени от няколко полипептидни вериги, всяка от които има третична структура. За такива протеини е въведена концепцията за кватернерна структура, която е организацията на няколко полипептидни вериги с третична структура в една функционална протеинова молекула. Такъв протеин с кватернерна структура се нарича олигомер, а неговите полипептидни вериги с третична структура се наричат ​​протомери или субединици.

Конюгат(конюгат, лат. conjugatio - свързване) - изкуствено синтезирана (химически или чрез рекомбинация in vitro) хибридна молекула, в която са свързани (комбинирани) две молекули с различни свойства; широко използвани в медицината и експерименталната биология.

Хаптени

Хаптени- това са "дефектни антигени" (терминът е предложен от имунолога К. Ландщайнер). Когато се въвеждат в тялото при нормални условия, хаптените не са способни да предизвикат имунен отговор в тялото, тъй като имат изключително ниска имуногенност.

Най-често хаптените са съединения с ниско молекулно тегло (молекулно тегло под 10 kDa). Те се разпознават от тялото на реципиента като генетично чужди (т.е. имат специфичност), но поради ниското си молекулно тегло сами по себе си не предизвикват имунни реакции. Те обаче не са загубили своето антигенно свойство, което им позволява специфично взаимодействие с готови имунни фактори (антитела, лимфоцити).

При определени условия е възможно да се принуди имунната система на макроорганизма да реагира специфично на хаптена като пълноценен антиген. За целта е необходимо изкуствено да се увеличи молекулата на хаптена - да се свърже със силна връзка с достатъчно голяма протеинова молекула или друг полимерен носител. Синтезираният по този начин конюгат ще има всички свойства на пълноценен антиген и ще предизвика имунен отговор, когато бъде въведен в тялото.

Епитопи (антигенни детерминанти)

Тялото може да образува антитела към почти всяка част от молекулата на антигена, но това обикновено не се случва по време на нормален имунен отговор. Сложните антигени (протеини, полизахариди) имат специални области, към които всъщност се формира специфичен имунен отговор. Такива области се наричат епитопи(епитоп), от гръцки. epi - върху, над, над и topos - място, площ. Синоним - антигенна детерминанта.

Тези участъци се състоят от няколко аминокиселини или въглехидрати, като всеки участък е група от аминокиселинни остатъци на протеинов антиген или участък от полизахаридна верига. Епитопите са в състояние да взаимодействат както със специфични лимфоцитни рецептори, като по този начин предизвикват имунен отговор, така и с антиген-свързващи центрове на специфични антитела.

Епитопите са разнообразни по своята структура. Антигенна детерминанта (епитоп) може да бъде област от протеиновата повърхност, образувана от аминокиселинни радикали, хаптен или простетична група на протеин (небелтъчен компонент, свързан с протеин), особено често полизахаридни групи от гликопротеини.

Антигенните детерминанти или епитопи са специфични региони от триизмерната структура на антигените. Има различни видове епитопи - линеенИ конформационен.

Линейните епитопи се образуват от линейна последователност от аминокиселинни остатъци.

В резултат на изследване на структурата на протеините беше установено, че протеиновите молекули имат сложна пространствена структура. Когато са навити (на топка), протеиновите макромолекули могат да съберат остатъци, които са отдалечени един от друг в линейна последователност, образувайки конформационна антигенна детерминанта.

Освен това има крайни епитопи (разположени в краищата на антигенната молекула) и централни. Определят се и "дълбоките" или скрити антигенни детерминанти, които се появяват, когато антигенът е унищожен.

Молекулите на повечето антигени са доста големи. Една протеинова макромолекула (антиген), състояща се от няколкостотин аминокиселини, може да съдържа много различни епитопи. Някои протеини могат да имат една и съща антигенна детерминанта в множество копия (повтарящи се антигенни детерминанти).

Срещу един епитоп се образува широк набор от различни антитела. Всеки от епитопите е способен да стимулира производството на различни специфични антитела. Специфични антитела могат да бъдат произведени за всеки от епитопите.

Има един феномен имунодоминиране, което се проявява във факта, че епитопите се различават по способността си да индуцират имунен отговор.

Не всички епитопи в един протеин се характеризират с еднаква антигенност. Като правило, някои епитопи на антиген имат специална антигенност, която се проявява в преференциалното образуване на антитела срещу тези епитопи. Установява се йерархия в спектъра от епитопи на белтъчната молекула – някои от епитопите са доминиращи и повечето антитела се образуват специално към тях. Тези епитопи са наименувани имунодоминантни епитопи. Те почти винаги са разположени на изпъкнали части от молекулата на антигена.

Структура на антитела (имуноглобулини)

IgG имуноглобулини въз основа на експериментални данни. Всеки аминокиселинен остатък на протеинова молекула е изобразен като малка топка. Визуализацията е изградена с помощта на програмата RasMol.

През 20 век биохимиците се опитват да открият какви варианти на имуноглобулини съществуват и каква е структурата на молекулите на тези протеини. Структурата на антителата е установена чрез различни експерименти. Основно те се състоят в това, че антителата се третират с протеолитични ензими (папаин, пепсин) и се подлагат на алкилиране и редукция с меркаптоетанол.

След това се изследват свойствата на получените фрагменти: определя се тяхното молекулно тегло (чрез хроматография), кватернерна структура (чрез рентгенов дифракционен анализ), способността за свързване с антиген и др. Антителата към тези фрагменти също се използват, за да се определи дали антителата към един тип фрагмент могат да се свържат с фрагменти от друг тип. Въз основа на получените данни е изграден модел на молекулата на антитялото.

Повече от 100 години изследвания на структурата и функцията на имуноглобулините само подчертаха сложната природа на тези протеини. Понастоящем структурата на човешките имуноглобулинови молекули не е напълно описана. Повечето изследователи са съсредоточили усилията си не върху описанието на структурата на тези протеини, а върху изясняването на механизмите, чрез които антителата взаимодействат с антигените. В допълнение, молекули на антитела , което прави изследването на антитела, съхранявани непокътнати, да стане предизвикателство. Много по-често е възможно да се определи точната структура на отделните фрагменти на антитела.

Въпреки предполагаемото разнообразие от имуноглобулини, техните молекули са класифицирани според структурите, включени в тези молекули. Тази класификация се основава на факта, че имуноглобулините от всички класове са изградени по общ план и имат определена универсална структура.

Имуноглобулиновите молекули са сложни пространствени образувания. Всички антитела, без изключение, принадлежат към един и същ тип протеинови молекули, които имат глобуларна вторична структура, което съответства на тяхното име - „имуноглобулини“ (вторичната структура на протеина е начинът, по който неговата полипептидна верига е разположена в пространството). Те могат да бъдат мономери или полимери, изградени от няколко субединици.

Тежки и леки полипептидни вериги в структурата на имуноглобулините

Пептидни вериги на имуноглобулини. Схематична илюстрация. Променливите региони са подчертани с пунктирани линии.

Структурната единица на имуноглобулина е мономер, молекула, състояща се от полипептидни вериги, свързани една с друга чрез дисулфидни връзки (S-S мостове).

Ако една Ig молекула се третира с 2-меркаптоетанол (реагент, който разрушава дисулфидните връзки), тя ще се разпадне на двойки полипептидни вериги. Получените полипептидни вериги се класифицират по молекулно тегло: леки и тежки. Леките вериги имат ниско молекулно тегло (около 23 kDa) и се обозначават с буквата L от англ. Светлина - светлина. Тежките вериги H (от англ. Heavy - тежък) имат високо молекулно тегло (варира между 50 - 73 kDa).

Така нареченият мономерен имуноглобулин съдържа две L вериги и две Н вериги. Леките и тежките вериги се държат заедно чрез дисулфидни мостове. Дисулфидните връзки свързват леките вериги с тежките вериги и тежките вериги една с друга.

Основната структурна субединица на всички класове имуноглобулини е двойката лека верига-тежка верига (L-H). Структурата на имуноглобулините от различни класове и подкласове се различава по броя и местоположението на дисулфидните връзки между тежките вериги, както и по броя на (L-H) субединиците в молекулата. Н-веригите се държат заедно чрез различен брой дисулфидни връзки. Видовете тежки и леки вериги, които изграждат различни класове имуноглобулини, също се различават.

Фигурата показва диаграма на организацията на IgG като типичен имуноглобулин. Както всички имуноглобулини, IgG съдържа две идентични тежки (H) вериги и две идентични леки (L) вериги, които са свързани в четириверижна молекула чрез междуверижни дисулфидни връзки (-S-S-). Единствената дисулфидна връзка, свързваща H и L веригите, е разположена близо до С-края на леката верига. Съществува и дисулфидна връзка между двете тежки вериги.

Домени в молекула на антитяло

Леките и тежките полипептидни вериги в молекулата на Ig имат специфична структура. Всяка верига е условно разделена на специфични секции, наречени домейни.

Както леките, така и тежките вериги не образуват права нишка. Във всяка верига, на редовни и приблизително равни интервали от 100-110 аминокиселини, има дисулфидни мостове, които образуват бримки в структурата на всяка верига. Наличието на дисулфидни мостове означава, че всяка бримка в пептидните вериги трябва да образува компактно нагънат глобуларен домен. Така всяка полипептидна верига в имуноглобулина образува няколко глобуларни домена под формата на бримки, включващи приблизително 110 аминокиселинни остатъка.

Можем да кажем, че имуноглобулиновите молекули са сглобени от отделни домени, всеки от които е разположен около дисулфиден мост и е хомоложен на останалите.

Във всяка от леките вериги на молекулите на антитялото има две вътрешноверижни дисулфидни връзки; съответно всяка лека верига има два домена. Броят на такива връзки в тежките вериги варира; тежките вериги съдържат четири или пет домена. Домейните са разделени от лесно организирани сегменти. Наличието на такива конфигурации беше потвърдено от директни наблюдения и генетичен анализ.

Първична, вторична, третична и кватернерна структура на имуноглобулините

Структурата на имуноглобулиновата молекула (както и на други протеини) се определя от първичната, вторичната, третичната и кватернерната структура. Първичната структура е последователността от аминокиселини, които изграждат леките и тежките вериги на имуноглобулините. Рентгеновият дифракционен анализ показва, че леките и тежките вериги на имуноглобулините се състоят от компактни глобуларни домени (така наречените имуноглобулинови домени). Домените са подредени в характерна третична структура, наречена имуноглобулинова гънка.

Имуноглобулиновите домени са области в третичната структура на Ig молекулата, които се характеризират с определена автономност на структурна организация. Домейните се образуват от различни сегменти на една и съща полипептидна верига, нагънати на „топки“ (глобули). Глобулата съдържа приблизително 110 аминокиселинни остатъка.

Домейните имат сходна обща структура и специфични функции помежду си. В домейните пептидните фрагменти, които изграждат домейна, образуват компактно нагъната антипаралелна β-листова структура, стабилизирана от водородни връзки (протеинова вторична структура). В структурата на домените практически няма области с α-спирална конформация.

Вторичната структура на всеки домен се формира чрез нагъване на удължена полипептидна верига напред и назад върху себе си в два антипаралелни β-листа (β-листа), съдържащи няколко β-листа. Всеки β-лист има плоска форма – полипептидните вериги в β-листовете са почти напълно удължени.

Двата β-листа, които изграждат имуноглобулиновата област, са подредени в структура, наречена β-сандвич („като две парчета хляб едно върху друго“). Структурата на всеки имуноглобулинов домен се стабилизира от вътрешнодомейнова дисулфидна връзка - β-листовете са ковалентно свързани чрез дисулфидна връзка между цистеиновите остатъци на всеки β-лист. Всеки β-лист се състои от антипаралелни β-нишки, свързани с бримки с различна дължина.

Домейните от своя страна са свързани помежду си чрез продължение на полипептидната верига, което се простира отвъд β-листовете. Отворените участъци на полипептидната верига, присъстващи между глобулите, са особено чувствителни към протеолитични ензими.

Глобуларните домени на двойка лека и тежка верига взаимодействат един с друг, за да образуват кватернерна структура. Поради това се образуват функционални фрагменти, които позволяват на молекулата на антитялото да се свърже специфично с антигена и в същото време да изпълнява редица биологични ефекторни функции.

Променливи и постоянни области

Домените в пептидните вериги се различават по консистенцията на техния аминокиселинен състав. Има променливи и постоянни домейни (региони). Променливите домейни са обозначени с буквата V от англ. променливи - “променливи” и се наричат ​​V-домейни. Постоянните (постоянни) домейни се обозначават с буквата C, от английската константа - „постоянен“ и се наричат ​​C-домейни.

Имуноглобулините, произведени от различни клонове на плазмени клетки, имат вариабилни домени на различни аминокиселинни последователности. Константните домени са сходни или много сходни за всеки изотип на имуноглобулин.

Всеки домейн е обозначен с буква, показваща дали принадлежи към леката или тежката верига, и номер, показващ неговата позиция.

Първият домен на леките и тежките вериги на всички антитела е изключително променлив в аминокиселинната последователност; той се обозначава съответно като V L и V H.

Вторият и следващите домени на двете тежки вериги са много по-постоянни в аминокиселинната последователност. Те се обозначават като СН или СН1, СН2 и СН3. Имуноглобулините IgM и IgE имат допълнителен СН4 домен на тежката верига, разположен зад СНЗ домена.

Половината от леката верига, включително карбоксилния край, се нарича постоянна област CL, а N-крайната половина на леката верига се нарича променлива област VL.

Въглехидратните вериги също са свързани с CH2 домейна. Имуноглобулините от различни класове се различават значително по броя и разположението на въглехидратните групи. Въглехидратните компоненти на имуноглобулините имат подобна структура. Те се състоят от постоянно ядро ​​и променлива външна част. Въглехидратните компоненти влияят върху биологичните свойства на антителата.

Fab и Fc фрагменти на имуноглобулиновата молекула

Вариабилните домени на леките и тежките вериги (V H и V L), заедно с най-близките до тях константни домени (CH 1 и C L 1), образуват Fab фрагменти на антитела (фрагмент, свързващ антиген). Имуноглобулиновата област, която се свързва със специфичен антиген, се образува от N-терминалните вариабилни области на леките и тежките вериги, т.е. VH- и VL-домейни.

Останалата част, представена от С-терминалните постоянни домени на тежките вериги, е обозначена като Fc фрагмент (фрагмент, кристализиращ). Fc фрагментът включва останалите CH домени, държани заедно чрез дисулфидни връзки. На кръстовището на Fab и Fc фрагментите има шарнирна област, която позволява на антиген-свързващите фрагменти да се разгънат за по-близък контакт с антигена.

Зона на пантите

На границата на Fab и Fc фрагментите има т.нар. "зона на пантите", имаща гъвкава структура. Той осигурява мобилност между двата Fab фрагмента на Y-образната молекула на антитялото. Подвижността на фрагментите на молекулата на антитялото един спрямо друг е важна структурна характеристика на имуноглобулините. Този тип междупептидна връзка прави структурата на молекулата динамична - позволява лесно да променяте конформацията в зависимост от околните условия и състояние.

Шарнирната област е част от тежката верига. Шарнирната област съдържа дисулфидни връзки, които свързват тежките вериги една с друга. За всеки клас имуноглобулини шарнирната област има своя собствена структура.

В имуноглобулините (с възможно изключение на IgM и IgE), шарнирната област се състои от къс сегмент от аминокиселини и се намира между CH1 и CH2 областите на тежките вериги. Този сегмент се състои предимно от цистеинови и пролинови остатъци. Цистеините участват в образуването на дисулфидни мостове между веригите, а пролиновите остатъци предотвратяват сгъването в глобуларна структура.

Типична структура на имуноглобулинова молекула, като се използва IgG като пример

Схематичното представяне в планарния чертеж не отразява точно структурата на Ig; в действителност вариабилните домени на леките и тежките вериги не са подредени паралелно, а са тясно преплетени един с друг в кръстосан модел.

Удобно е да се разгледа типичната структура на имуноглобулин, използвайки примера на молекула на IgG антитяло. В молекулата на IgG има общо 12 домена - 4 на тежките вериги и 2 на леките вериги.

Всяка лека верига включва два домена - един променлив (V L, ​​​​вариабилен домейн на леката верига) и един постоянен (CL, постоянен домен на леката верига). Всяка тежка верига съдържа един вариабилен домен (V H, вариабилен домен на тежката верига) и три постоянни домена (CH 1-3, постоянни домени на тежката верига). Около една четвърт от тежката верига, включително N-края, се класифицира като вариабилна област на Н веригата (VH), останалата част от нея е постоянна област (CH1, CH2, CH3).

Всяка двойка вариабилни домени VH и VL, разположени в съседни тежки и леки вериги, образуват вариабилен фрагмент (Fv, вариабилен фрагмент).

Видове тежки и леки вериги в молекулите на антителата

Въз основа на различията в първичната структура на постоянните региони, веригите се разделят на типове. Типовете се определят от първичната аминокиселинна последователност на веригите и степента на гликозилиране. Леките вериги са разделени на два типа: κ и λ (капа и ламбда), тежките вериги са разделени на пет типа: α, γ, μ, ε и δ (алфа, гама, мю, епсилон и делта). Сред разнообразието от тежки вериги от алфа, мю и гама типове се разграничават подтипове.

Класификация на имуноглобулините

Имуноглобулините се класифицират според техния тип Н-верига (тежка верига). Постоянните области на тежките вериги на имуноглобулини от различни класове не са еднакви. Човешките имуноглобулини се разделят на 5 класа и редица подкласове, според видовете тежки вериги, които са включени в техния състав. Тези класове се наричат ​​IgA, IgG, IgM, IgD и IgE.

Самите Н-вериги се обозначават с гръцка буква, съответстваща на главната латинска буква от името на един от имуноглобулините. IgA има тежки вериги α (алфа), IgM – μ (mu), IgG – γ (гама), IgE – ε (епсилон), IgD – δ (делта).

Имуноглобулините IgG, IgM и IgA имат редица подкласове. Разделянето на подкласове (подтипове) също се извършва в зависимост от характеристиките на H-веригите. При хората има 4 подкласа на IgG: IgG1, IgG2, IgG3 и IgG4, съдържащи съответно тежки вериги γ1, γ2, γ3 и γ4. Тези Н вериги се различават по малки подробности за Fc фрагмент. За μ-веригата са известни 2 подтипа - μ1- и μ2-. IgA има 2 подкласа: IgA1 и IgA2 с α1 и α2 подтипове на α вериги.

Във всяка имунолобулинова молекула всички тежки вериги са от един и същи тип, в съответствие с класа или подкласа.

Всичките 5 класа имуноглобулини се състоят от тежки и леки вериги.

Леките вериги (L-вериги) на имуноглобулини от различни класове са еднакви. Всички имуноглобулини могат да имат както κ (капа), така и двете λ (ламбда) леки вериги. Имуноглобулините от всички класове се разделят на K- и L-типове, в зависимост от наличието съответно на κ- или λ-тип леки вериги в техните молекули. При хората съотношението на K- и L-типове е 3:2.

Класовете и подкласовете, взети заедно, се наричат ​​имуноглобулинови изотипове. Изотипът на антитялото (клас, подклас имуноглобулини - IgM1, IgM2, IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, IgA1, IgA2, IgD, IgE) се определя от С-домените на тежките вериги.

Всеки клас включва огромно разнообразие от индивидуални имуноглобулини, различаващи се по първичната структура на променливите области; общият брой на имуноглобулините от всички класове е ≈ 10^7.

Структурата на молекулите на антитела от различни класове

Схеми на структурата на имуноглобулините. (A) - мономерни IgG, IgE, IgD, IgA; (B) - полимерен секреторен Ig A (slgA) и IgM (B); (1) - секреторен компонент; (2) - свързваща J-верига.

1. Класове антитела IgG, IgD и IgE

Молекулите на антителата от класовете IgG, IgD и IgE са мономерни; те са Y-образни.

Имуноглобулините от клас IgG представляват 75% от общия брой човешки имуноглобулини. Те се намират както в кръвта, така и извън кръвоносните съдове. Важно свойство на IgG е способността му да преминава през плацентата. Така майчините антитела навлизат в тялото на новороденото дете и го предпазват от инфекция през първите месеци от живота (естествен пасивен имунитет).

IgD се намира главно върху мембраната на В-лимфоцитите. Те имат структура, подобна на IgG, 2 активни центъра. Тежката верига (δ верига) се състои от вариабилен и 3 постоянни домена. Шарнирната област на δ веригата е най-дългата и местоположението на въглехидратите в тази верига също е необичайно.

IgE - концентрацията на този клас имуноглобулини в кръвния серум е изключително ниска. Молекулите на IgE се фиксират главно върху повърхността на мастоцитите и базофилите. IgE е подобен по структура на IgG и има 2 активни центъра. Тежката верига (ε-верига) има един променлив и 4 постоянни домена. Предполага се, че IgE е от съществено значение за развитието на антихелминтен имунитет. IgE играе основна роля в патогенезата на някои алергични заболявания (бронхиална астма, сенна хрема) и анафилактичен шок.

2. Класове антитела IgM и IgA

Имуноглобулините IgM и IgA образуват полимерни структури. За полимеризация IgM и IgA включват допълнителна полипептидна верига с молекулно тегло 15 kDa, наречена J-верига (съединение). Тази J-верига свързва крайните цистеини в С-краищата на μ- и α-тежките вериги на IgM и IgA, съответно.

На повърхността на зрелите В-лимфоцити IgM молекулите са разположени под формата на мономери. Въпреки това, в серума те съществуват под формата на пентамери: молекулата на IgM се състои от пет структурни молекули, подредени радиално. Пентамерът IgM се образува от пет мономера тип "прашка", подобни на IgG, свързани заедно чрез дисулфидни връзки и J верига. Техните Fc фрагменти са насочени към центъра (където са свързани с J-верига), а техните Fab фрагменти са насочени навън.

В IgM тежките (H) вериги се състоят от 5 домена, тъй като съдържат 4 постоянни домена. IgM тежките вериги нямат шарнирна област; неговата роля се играе от домейна CH 2, който има известна конформационна лабилност.

IgM се синтезира главно по време на първичния имунен отговор и се намира предимно във вътресъдовото легло. Количеството Ig M в кръвния серум на здрави хора е около 10% от общото количество Ig.

IgA антителата са изградени от различен брой мономери. Имуноглобулините от клас А са разделени на два вида: серумни и секреторни. По-голямата част (80%) от IgA, присъстващ в кръвния серум, има мономерна структура. По-малко от 20% от IgA в серума е представен от димерни молекули.

Секреторният IgA не се намира в кръвта, а като част от екзокретите на лигавиците и се обозначава като sIgA. В секретите на лигавиците IgA се представя под формата на димери. Секреторният IgA образува димер от две "прашки" (Ig мономери). С-краищата на тежките вериги в sIgA молекулата са свързани помежду си чрез J-веригата и протеинова молекула, наречена „секреторен компонент“.

Секреторният компонент се произвежда от епителните клетки на лигавиците. Той се свързва с молекулата на IgA, докато преминава през епителните клетки. Секреторният компонент предпазва sIgA от разцепване и инактивиране от протеолитични ензими, които се съдържат в големи количества в секретите на лигавиците.

Основната функция на sIgA е да предпазва лигавиците от инфекция. Ролята на sIgA в осигуряването на локален имунитет е много важна, т.к Общата площ на лигавиците в тялото на възрастен човек е няколкостотин квадратни метра и далеч надвишава повърхността на кожата.

Високи концентрации на sIgA се откриват в човешката кърма, особено в първите дни на кърменето. Те предпазват стомашно-чревния тракт на новороденото от инфекции.

Децата се раждат без IgA и го получават чрез майчиното мляко. Надеждно е доказано, че децата, които са кърмени, страдат значително по-рядко от чревни инфекции и заболявания на дихателните пътища в сравнение с децата, получаващи изкуствено хранене.

Антителата от клас IgA съставляват 15-20% от общото съдържание на имуноглобулини. IgA не преминава през плацентарната бариера. Ig A се синтезира от плазмени клетки, разположени главно в субмукозните тъкани, върху мукозната епителна повърхност на дихателните пътища, урогениталния и чревния тракт и в почти всички отделителни жлези. Част от Ig A навлиза в общото кръвообращение, но по-голямата част от него се секретира локално върху лигавиците под формата на sIgA и служи като локална защитна имунологична бариера за лигавиците. Серумният IgA и sIgA са различни имуноглобулини; sIgA не се открива в кръвния серум.

Хората с IgA имунодефицит имат склонност към автоимунни заболявания, инфекции на дихателните пътища, максиларните и фронталните синуси, чревни разстройства.

Разграждане на имуноглобулиновата молекула от ензими

Протеолитичните ензими (като папаин или пепсин) разграждат имуноглобулиновите молекули на фрагменти. В същото време под въздействието на различни протеази могат да се получат различни продукти. Получените по този начин имуноглобулинови фрагменти могат да се използват за изследователски или медицински цели.

Глобуларната структура на имуноглобулините и способността на ензимите да разграждат тези молекули на големи компоненти на строго определени места, а не да ги разрушават до олигопептиди и аминокиселини, показва изключително компактна структура.

1. Разцепване на имуноглобулиновата молекула от папаин. Fab и Fc фрагменти на антитела.

В края на 50-те - началото на 60-те години английският учен Р.Р. Портър анализира структурните характеристики на IgG антителата чрез разделяне на молекулата с папаин (пречистен ензим от сок от папая). Папаинът разрушава имуноглобулина в шарнирната област, над междуверижните дисулфидни връзки. Този ензим разделя имуноглобулиновата молекула на три фрагмента с приблизително еднакъв размер.

Двама от тях бяха посочени Страхотни фрагменти(от английския фрагмент антиген-свързващ - антиген-свързващ фрагмент). Fab фрагментите са напълно идентични и, както показват проучванията, са проектирани да се свързват с антигена. Областта на тежката верига на Fab фрагмента се нарича Fd; той се състои от VH и CH1 домени.

Третият фрагмент може да кристализира от разтвора и да не може да свърже антигена. Този фрагмент е наименуван Fc фрагмент(от английския фрагмент кристализиращ - фрагмент от кристализация). Той е отговорен за биологичните функции на молекулата на антитялото след свързване на антигена и Fab частта на интактната молекула на антитялото.

Fc фрагментът има една и съща структура за антитела от всеки клас и подклас и различна за антитела, принадлежащи към различни подкласове и класове.

Fc фрагментът на молекулата взаимодейства с клетките на имунната система: неутрофили, макрофаги и други мононуклеарни фагоцити, които носят рецептори за Fc фрагмента на повърхността си. Ако антителата се свържат с патогенни микроорганизми, те могат да взаимодействат с фагоцитите с техния Fc фрагмент. Благодарение на това патогенните клетки ще бъдат унищожени от тези фагоцити. Всъщност антителата действат в този случай като междинни молекули.

Впоследствие стана известно, че Fc фрагментите на имуноглобулините в рамките на един изотип в даден организъм са строго идентични, независимо от антигенната специфичност на антитялото. За тази инвариантност те започнаха да се наричат ​​постоянни области (фрагментна константа - Fc, съкращението е същото).

2. Разцепване на имуноглобулиновата молекула от пепсин.

Друг протеолитичен ензим, пепсинът, разцепва молекулата на различно място, по-близо до С-края на Н веригите, отколкото папаинът. Разцепването се случва "надолу по течението" на дисулфидните връзки, държащи Н веригите заедно. В резултат на това под действието на пепсин се образува двувалентен антиген-свързващ F(ab")2 фрагмент и съкратен pFc" фрагмент. pFc" фрагментът е С-терминалната част на Fc региона.

Пепсинът отрязва pFc" фрагмента от голям фрагмент със седиментационна константа 5S. Този голям фрагмент се нарича F(ab")2, защото, подобно на родителското антитяло, той е двувалентен по отношение на свързването на антигена. Състои се от свързани Fab фрагменти, свързани чрез дисулфиден мост в шарнирната област. Тези Fab фрагменти са едновалентни и хомоложни на папаинови Fab фрагменти I и II, но техният Fd фрагмент е с приблизително десет аминокиселинни остатъка по-голям.

Антиген-свързващи центрове на антитела (паратопи)

Fab фрагментът на имуноглобулина включва V домени на двете вериги, C L и CH 1 домени. Антиген-свързващият регион на Fab фрагмента е получил няколко имена: активен или антиген-свързващ център на антитела, антидетерминант или паратоп.

Променливите сегменти на леките и тежките вериги участват в образуването на активни центрове. Активното място е цепнатина, разположена между вариабилните домени на леката и тежката вериги. И двата домейна участват във формирането на активния център.

Имуноглобулинова молекула. L - леки вериги; H - тежки вериги; V - променлива област; C - постоянна област; N-терминалните региони на L и H веригите (V регион) образуват два антиген-свързващи центъра във Fab фрагментите.

Всеки Fab фрагмент от IgG имуноглобулини има едно антиген-свързващо място. Активните центрове на антитела от други класове, способни да взаимодействат с антигена, също се намират във Fab фрагменти. Антителата IgG, IgA и IgE имат по 2 активни центъра, IgM - 10 центъра.

Имуноглобулините могат да свързват антигени от различно химично естество: пептиди, въглехидрати, захари, полифосфати, стероидни молекули.

Основно и уникално свойство на антителата е тяхната способност да се свързват с непокътнати, естествени молекули на антигени, директно във формата, в която антигенът е проникнал във вътрешната среда на тялото. Това не изисква никаква пред-метаболитна обработка на антигени

Структура на домени в имуноглобулинови молекули

Вторичната структура на полипептидните вериги на имуноглобулиновата молекула има доменна структура. Отделни участъци от тежки и леки вериги са нагънати в глобули (домени), които са свързани с линейни фрагменти. Всеки домейн е с приблизително цилиндрична форма и представлява β-листова структура, образувана от антипаралелни β-листове. В основната структура има отчетлива разлика между C и V домейните, която може да се види като се използва леката верига като пример.

Фигурата схематично показва нагъването на единична полипептидна верига на протеина на Bence-Jones, съдържаща V L и CL домени. Схемата се основава на данни от рентгенова дифракция - метод, който ви позволява да установите триизмерната структура на протеините. Диаграмата показва приликите и разликите между V и C домейните.

Горната част на фигурата схематично показва пространственото разположение на постоянните (C) и променливите (V) домени на леката верига на протеинова молекула. Всеки домейн е цилиндрична „бъчвообразна“ структура, в която участъци от полипептидната верига (β-нишки), движещи се в противоположни посоки (т.е. антипарели), са опаковани, за да образуват два β-листа, държани заедно чрез дисулфидна връзка

Всеки от домейните, V- и C-, се състои от два β-листа (слоеве с β-листова структура). Всеки β-лист съдържа няколко антипаралелни (въртящи се в противоположни посоки) β-вериги: в С-домена β-листовете съдържат четири и три β-нишки, във V-домена и двата слоя се състоят от четири β-нишки. На фигурата β-веригите са показани в жълто и зелено за С домейна и червено и синьо за V домейна.

В долната част на фигурата имуноглобулиновите домени се обсъждат по-подробно. Тази половина на картината показва диаграма на относителното разположение на β-нишките за V- и C-домените на леката верига. Възможно е по-ясно да се изследва начинът, по който техните полипептидни вериги са подредени при образуването на β-листове, което създава крайната структура. За да се покаже нагъването, β-веригите са обозначени с букви от латинската азбука, според реда на тяхното появяване в последователността от аминокиселини, които съставляват домейна. Редът на поява във всеки β-лист е характеристика на имуноглобулиновите домени.

β-листовете (листовете) в домейните са свързани чрез дисулфиден мост (връзка) приблизително в средата на всеки домейн. Тези връзки са показани на фигурата: между слоевете има дисулфидна връзка, свързваща гънки B и F и стабилизираща структурата на домейна.

Основната разлика между V и C домейните е, че V домейнът е по-голям и съдържа допълнителни β-вериги, обозначени като C' и C'. На фигурата β-веригите C' и C', присъстващи във V-домейните, но отсъстващи в C-домейните, са подчертани със син правоъгълник. Може да се види, че всяка полипептидна верига образува гъвкави бримки между последователни β-вериги при промяна на посоката. Във V домейна, гъвкави бримки, образувани между някои от β-нишките, формират част от структурата на активното място на имуноглобулиновата молекула.

Хиперпроменливи области в рамките на V домейни

Нивото на променливост в променливите области не е равномерно разпределено. Не целият вариабилен домейн е променлив в своя аминокиселинен състав, а само малка част от него - хиперпроменливаобласти. Те представляват около 20% от аминокиселинната последователност на V-домените.

В структурата на цялата имуноглобулинова молекула VH и VL домените са комбинирани. Техните хиперпроменливи области са съседни една на друга и създават единична хиперпроменлива област под формата на джоб. Това е областта, която специфично се свързва с антигена. Хипервариабилните региони определят комплементарността на антитялото към антигена.

Тъй като хиперпроменливите региони играят ключова роля в разпознаването и свързването на антигена, те също се наричат ​​региони, определящи комплементарността (CDR). Има три CDR във вариабилните домени на тежките и леките вериги (V L CDR1–3, V H CDR1–3).

Между хиперпроменливите региони има относително постоянни участъци от аминокиселинната последователност, които се наричат ​​рамкови региони (FR). Те представляват около 80% от аминокиселинната последователност на V-домените. Ролята на такива региони е да поддържат относително еднаква триизмерна структура на V-домени, което е необходимо за осигуряване на афинитетно взаимодействие на хиперпроменливи региони с антигена.

В последователността на вариабилния домейн на регион 3, хипервариантните региони се редуват с 4 относително инвариантни „рамкови“ региони FR1–FR4,

H1–3 – CDR вериги, включени във веригите.

От особен интерес е пространственото разположение на хиперпроменливите области в три отделни бримки на променливия домейн. Тези хиперпроменливи области, въпреки че са разположени на голямо разстояние една от друга в първичната структура на леката верига, но когато се формира триизмерната структура, те са разположени в непосредствена близост една до друга.

В пространствената структура на V-домейните хиперпроменливите последователности са разположени в зоната на завоите на полипептидната верига, насочени към съответните участъци на V-домейна на другата верига (т.е. CDRs на леките и тежките вериги са насочени един към друг). В резултат на взаимодействието на вариабилния домен на H- и L-веригите се образува антиген-свързващото място (активен център) на имуноглобулина. Според електронната микроскопия това е кухина с дължина 6 nm и ширина 1,2–1,5 nm.

Пространствената структура на тази кухина, определена от структурата на хиперпроменливите региони, определя способността на антителата да разпознават и свързват специфични молекули въз основа на пространственото съответствие (специфичност на антитялото). Пространствено разделени области на H- и L-вериги също допринасят за образуването на активния център. Хипервариабилните региони на V домените не са напълно включени в активния център - повърхността на антиген-свързващия регион покрива само около 30% от CDR.

Хиперпроменливите региони на тежката и леката верига определят индивидуалните структурни характеристики на антиген-свързващия център за всеки Ig клонинг и разнообразието от техните специфичности.

Свръхвисоката вариабилност на CDRs и активните центрове гарантира, че имуноглобулиновите молекули, синтезирани от В лимфоцити от един и същи клонинг, са уникални не само по структура, но и по способността им да свързват различни антигени. Въпреки факта, че структурата на имуноглобулините е доста добре известна и CDRs са отговорни за техните характеристики, все още не е ясно кой домен е най-отговорен за свързването на антигена.

Взаимодействие на антитела и антигени (взаимодействие на епитоп и паратоп)

Реакцията антиген-антитяло се основава на взаимодействието между антигенния епитоп и активния център на антитялото, въз основа на тяхното пространствено съответствие (комплементарност). В резултат на свързването на патогена с активния център на антитялото, патогенът се неутрализира и проникването му в клетките на организма е затруднено.

В процеса на взаимодействие с антигена не участва цялата имуноглобулинова молекула, а само ограничена част от нея - антиген-свързващият център или паратопът, който е локализиран във Fab фрагмента на Ig молекулата. В този случай антитялото не взаимодейства с цялата антигенна молекула наведнъж, а само с неговата антигенна детерминанта (епитоп).

Активният център на антителата е структура, която е пространствено комплементарна (специфична) на детерминантната група на антигена. Активният център на антителата има функционална автономност, т.е. способни да свързват антигенни детерминанти в изолирана форма.

От страна на антигена, епитопите, които взаимодействат със специфични антитела, са отговорни за взаимодействието с активните центрове на молекулите за разпознаване на антиген. Епитопът директно влиза в йонни, водородни, ван дер ваалсови и хидрофобни връзки с активния център на антитялото.

Специфичното взаимодействие на антитела с антигенна молекула е свързано с относително малка площ от нейната повърхност, съответстваща по размер на антиген-свързващото място на рецепторите и антителата.

Свързването на антиген с антитяло става чрез слаби взаимодействия в антиген-свързващия център. Всички тези взаимодействия се появяват само когато молекулите са в близък контакт. Такова малко разстояние между молекулите може да бъде постигнато само поради комплементарността на епитопа и активния център на антитялото.

Понякога едно и също антиген-свързващо място на молекула на антитяло може да се свърже с няколко различни антигенни детерминанти (обикновено тези антигенни детерминанти са много сходни). Такива антитела се наричат кръстосано реактивен, способен на полиспецифично свързване.

Например, ако антиген А има общи епитопи с антиген В, тогава някои от антителата, специфични за А, също ще реагират с В. Това явление се нарича кръстосана реактивност.

Пълни и непълни антитела. Валентност

Валентност- това е броят на активните центрове на антитялото, които могат да се комбинират с антигенни детерминанти. Антителата имат различен брой активни центрове в молекулата, което определя тяхната валентност. В това отношение има разграничение пъленИ непълнаантитела.

Пълните антитела имат поне два активни центъра. Пълните (двувалентни и петвалентни) антитела, когато взаимодействат in vitro с антигена, в отговор на който са произведени, дават визуално видими реакции (аглутинация, лизис, утаяване, фиксиране на комплемента и др.).

Непълните или моновалентните антитела се различават от обикновените (пълни) антитела по това, че имат само един активен център; вторият център не работи в такива антитела. Това не означава, че вторият активен център на молекулата отсъства. Вторият активен център на такива имуноглобулини е защитен от различни структури или има нисък авидитет. Такива антитела могат да взаимодействат с антигена, да го блокират, свързвайки епитопите на антигена и предотвратявайки контакта на пълните антитела с него, но не предизвикват агрегация на антигена. Затова те също се наричат блокиране.

Реакцията между частични антитела и антиген не е придружена от макроскопични явления. Непълните антитела, когато специфично взаимодействат с хомоложен антиген, не дават видима проява на серологична реакция, т.к. не може да агрегира частици в големи конгломерати, а само да ги блокира.

Непълните антитела се образуват независимо от пълните и изпълняват същите функции. Те също са представени от различни класове имуноглобулини.

Идиотипи и идиотопи

Антителата са сложни протеинови молекули, които сами по себе си могат да имат антигенни свойства и да предизвикат образуването на антитела. В техния състав се разграничават няколко типа антигенни детерминанти (епитипи): изотипове, алотипове и идиотипове.

Различните антитела се различават едно от друго по своите променливи области. Антигенните детерминанти на вариабилните региони (V региони) на антителата се наричат идиотопи. Идиотопи могат да бъдат конструирани от характерни участъци от V-области само на H-вериги или L-вериги. В повечето случаи и двете вериги участват в образуването на идиотопа едновременно.

Идиотопите могат да бъдат свързани с антиген-свързващото място (идиотопи, свързани с мястото) или да не са свързани с него (идиотопи, които не са свързани).

Свързаните с място идиотопи зависят от структурата на антиген-свързващия регион на антитялото (принадлежащ към Fab фрагмента). Ако това място е заето от антиген, тогава антиидиотопното антитяло вече не може да реагира с антитяло, което има този идиотоп. Други идиотопи изглежда нямат толкова тясна връзка с антиген-свързващите места.

Наборът от идиотопи в молекулата на всяко антитяло се обозначава като идиот. По този начин идиотипът се състои от набор от идиотопи - антигенни детерминанти на V областта на антитялото.

Наричат ​​се групови конституционални варианти на антигенната структура на тежките вериги алотипове. Алотиповете са детерминанти, кодирани от алели на даден имуноглобулинов ген.

Изотиповете са детерминанти, които разграничават класове и подкласове на тежки вериги и варианти κ (капа) и λ (ламбда) на леки вериги.

Афинитет и авидност на антитела

Силата на свързване на антителата може да се характеризира с имунохимични характеристики: авидност и афинитет.

Под афинитетразбират силата на свързване между активното място на молекулата на антитялото и съответната антигенна детерминанта. Силата на химичната връзка на един антигенен епитоп с един от активните центрове на молекулата на Ig се нарича афинитет на свързване на антитялото към антигена. Афинитетът обикновено се определя количествено чрез константата на дисоциация (в mol-1) на един антигенен епитоп с едно активно място.

Афинитетът е точността на съвпадението на пространствената конфигурация на активния център (паратоп) на антитялото и антигенната детерминанта (епитоп). Колкото повече връзки се образуват между епитопа и паратопа, толкова по-висока ще бъде стабилността и продължителността на живота на получения имунен комплекс. Имунният комплекс, образуван от антитела с нисък афинитет, е изключително нестабилен и има кратък живот.

Афинитетът на антителата към антигена се нарича алчностантитела. Авидността на връзката между антитяло и антиген е общата сила и интензитет на връзката между цялата молекула на антитялото и всички антигенни епитопи, които тя успява да свърже.

Авидността на антителата се характеризира със скоростта на образуване на комплекса антиген-антитяло, пълнотата на взаимодействието и силата на получения комплекс. Авидността, както и специфичността на антителата, се основават на първичната структура на детерминантата (активния център) на антитялото и свързаната с нея степен на адаптация на повърхностната конфигурация на полипептидите на антитялото към детерминантата (епитоп) на антигена.

Авидността се определя както от афинитета на взаимодействието между епитопите и паратопите, така и от валентността на антителата и антигена. Авидността зависи от броя на антиген-свързващите центрове в молекулата на антитялото и тяхната способност да се свързват с множество епитопи на даден антиген.

Типична IgG молекула, когато са включени и двете антиген-свързващи места, ще се свърже с многовалентен антиген поне 10 000 пъти по-силно, отколкото когато е включено само едно място.

Антителата от клас М имат най-голяма авидност, тъй като имат 10 антиген-свързващи центъра. Ако афинитетите на отделните антиген-свързващи места на IgG и IgM са еднакви, молекулата на IgM (с 10 такива места) ще прояви несравнимо по-голяма авидност към многовалентния антиген, отколкото молекулата IgG (с 2 места). Поради високия си общ авидитет, IgM антителата, основният клас имуноглобулини, произведени в началото на имунния отговор, могат да функционират ефективно дори при нисък афинитет на отделните места на свързване.

Разликата в авидността е важна, тъй като антителата, произведени в началото на имунния отговор, обикновено имат много по-малък афинитет към антигена от тези, произведени по-късно. Увеличаването на средния афинитет на антителата, произведени с течение на времето след имунизацията, се нарича узряване на афинитета.

Специфика на взаимодействие между антигени и антитела

В имунологията специфичността се отнася до селективността на взаимодействието на индуктори и продукти на имунните процеси, по-специално антигени и антитела.

Специфичността на взаимодействието на антителата е способността на имуноглобулина да реагира само със специфичен антиген, а именно способността да се свързва със строго определена антигенна детерминанта. Феноменът на специфичност се основава на наличието на активни центрове в молекулата на антитялото, които влизат в контакт със съответните детерминанти на антигена. Селективността на взаимодействието се дължи на комплементарността между структурата на активния център на антитялото (паратоп) и структурата на антигенната детерминанта (епитоп).

Антигенната специфичност е способността на антигена да индуцира имунен отговор към строго определен епитоп. Специфичността на антигена до голяма степен се определя от свойствата на съставните му епитопи.

Една от най-важните функции на имуноглобулините е свързването на антигена и образуването на имунни комплекси. Протеините на антителата реагират специфично с антигените, образувайки имунни комплекси - комплекси от антитела, свързани с антигени. Тази връзка е нестабилна: полученият имунен комплекс (IC) може лесно да се разпадне на съставните си компоненти.

Всяка антигенна молекула може да бъде свързана с няколко молекули антитяло, тъй като има няколко антигенни детерминанти на антигена и антитела могат да се образуват към всяка от тях. В резултат на това възникват сложни молекулни комплекси.

Образуването на имунни комплекси е неразделна част от нормалния имунен отговор. Образуването и биологичната активност на имунните комплекси зависят преди всичко от природата на антителата и антигена, включени в техния състав, както и от тяхното съотношение. Характеристиките на имунните комплекси зависят от свойствата на антителата (валентност, афинитет, скорост на синтез, способност за фиксиране на комплемента) и антигена (разтворимост, размер, заряд, валентност, пространствено разпределение и плътност на епитопа).

Взаимодействие на антигени и антитела. Реакция антиген-антитяло

Реакцията антиген-антитяло е образуването на комплекс между антиген и антитела, насочени към него. Изследването на такива реакции е от голямо значение за разбирането на механизма на специфичното взаимодействие на биологичните макромолекули и за изясняване на механизма на серологичните реакции.

Ефективността на взаимодействието на антитяло с антиген значително зависи от условията, при които протича реакцията, главно от рН на средата, осмотичната плътност, състава на солта и температурата на средата. Оптимални за реакцията антиген-антитяло са физиологичните условия на вътрешната среда на макроорганизма: близка до неутрална реакция на околната среда, наличие на фосфатни, карбонатни, хлоридни и ацетатни йони, осмоларитет на физиологичния разтвор (концентрация на разтвора 0,15 М), както и температура 36-37 °C.

Взаимодействието на антигенна молекула с антитяло или неговия активен Fab фрагмент е придружено от промени в пространствената структура на антигенната молекула.

Тъй като при свързването на антиген с антитяло не възникват химични връзки, силата на тази връзка се определя от пространствената точност (специфичност) на взаимодействащите участъци на две молекули - активния център на имуноглобулина и антигенната детерминанта. Мярката за сила на връзката се определя от афинитета на антитялото (големината на връзката на един антиген-свързващ център с отделен епитоп на антигена) и неговата авидност (общата сила на взаимодействие на антитялото с антигена в случай на взаимодействие на поливалентно антитяло с поливалентен антиген).

Всички реакции антиген-антитяло са обратими; комплексът антиген-антитяло може да се дисоциира, за да освободи антитела. В този случай обратната реакция антиген-антитяло протича много по-бавно от директната.

Има два основни начина, по които може да бъде частично или напълно отделен вече образуван комплекс антиген-антитяло. Първият е изместването на антителата от излишък на антиген, а вторият е въздействието върху имунния комплекс на външни фактори, което води до прекъсване на връзките (намален афинитет) между антигена и антитялото. Частична дисоциация на комплекса антиген-антитяло обикновено може да се постигне чрез повишаване на температурата.

При използване на серологични методи най-универсалният начин за дисоцииране на имунни комплекси, образувани от голямо разнообразие от антитела, е третирането им с разредени киселини и основи, както и с концентрирани разтвори на амиди (урея, гуанидин хидрохлорид).

Хетерогенност на антителата

Антителата, образувани по време на имунния отговор на организма, са разнородни и се различават едно от друго, т.е. Те разнородни. Антителата са хетерогенни по своите физикохимични, биологични свойства и преди всичко по своята специфичност. Основната основа за хетерогенността (разнообразието от специфичности) на антителата е разнообразието на техните активни центрове. Последното е свързано с променливостта на аминокиселинния състав в V областите на молекулата на антитялото.

Антителата също са хетерогенни по принадлежност към различни класове и подкласове.

Хетерогенността на антителата се дължи и на факта, че имуноглобулините съдържат 3 вида антигенни детерминанти: изотипни, характеризиращи принадлежността на имуноглобулина към определен клас; алотипни, съответстващи на алелни варианти на имуноглобулин; идиотипни, отразяващи индивидуалните характеристики на имуноглобулина. Системата идиотип-анти-идиотип формира основата на така наречената теория на мрежата на Jerne.

Изотипове, алотипове, идиотипове на антитела

Имуноглобулините съдържат три типа антигенни детерминанти: изотипни (едни и същи за всеки представител на даден вид), алотипични (детерминанти, които са различни сред представителите на даден вид) и идиотипни (детерминанти, които определят индивидуалността на даден имуноглобулин и са различни за антитела от същия клас или подклас).

Във всеки биологичен вид тежките и леките вериги на имуноглобулините имат определени антигенни характеристики, според които тежките вериги се делят на 5 класа (γ, μ, α, δ, ε), а леките вериги на 2 вида (κ и λ). Тези антигенни детерминанти се наричат ​​изотипични (изотипове); за всяка верига те са еднакви във всеки представител на даден биологичен вид.

В същото време съществуват вътрешноспецифични различия в посочените имуноглобулинови вериги - алотипове, обусловени от генетичните характеристики на произвеждащия организъм: техните характеристики са генетично определени. Например, повече от 20 алотипа са описани за тежки вериги.

Дори когато антителата към определен антиген принадлежат към един и същи клас, подклас или дори алотип, те се характеризират със специфични разлики едно от друго. Тези различия се наричат ​​идиотипи. Те характеризират "индивидуалността" на даден имуноглобулин в зависимост от специфичността на индукторния антиген. Това зависи от структурните характеристики на V-домейните на H- и L-веригите и многото различни варианти на техните аминокиселинни последователности. Всички тези антигенни разлики се определят с помощта на специфични серуми.

Класификация на антителата според реакциите, в които могат да участват

Първоначално антителата са конвенционално класифицирани според техните функционални свойства на неутрализиращи, лизиращи и коагулиращи. Неутрализиращите агенти включват антитоксини, антиензими и неутрализиращи вируса лизини. Коагулиращите агенти включват аглутинини и преципитини; до лизиране - хемолитични и комплемент-фиксиращи антитела. Като се има предвид функционалната способност на антителата, се дават имена на серологични реакции: аглутинация, хемолиза, лизис, утаяване и др.

Изследвания на антитела. Фагов дисплей.

Доскоро изследването на антителата беше трудно поради технически причини. Имуноглобулините в тялото са сложна смес от протеини. Имуноглобулиновата фракция на кръвния серум е смес от огромен брой различни антитела. Освен това относителното съдържание на всеки вид от тях като правило е много малко. Доскоро беше трудно да се получат чисти антитела от имуноглобулиновата фракция. Трудността при изолирането на отделни имуноглобулини отдавна е пречка както за биохимичното им изследване, така и за установяването на първичната им структура.

През последните години се появи нова област на имунологията - инженерство на антитела, което се занимава с производството на неестествени имуноглобулини с желани свойства. За това обикновено се използват две основни направления: биосинтеза на антитела с пълна дължина и производство на минимални фрагменти от молекулата на антитялото, които са необходими за ефективно и специфично свързване с антигена.

Съвременните технологии за производство на антитела in vitro копират селекционните стратегии на имунната система. Една от тези технологии е фаговият дисплей, който позволява получаването на фрагменти от човешки антитела с различна специфичност. Гените от тези фрагменти могат да се използват за конструиране на антитела с пълна дължина.

В допълнение, много често терапевтичните лекарства, създадени на базата на антитела, не изискват участието на техните ефекторни функции чрез Fc домейна, например при инактивирането на цитокини, блокиране на рецептори или неутрализиране на вируси. Следователно, една от тенденциите в дизайна на рекомбинантни антитела е да се намали техният размер до минимален фрагмент, който запазва както свързващата активност, така и специфичността.

Такива фрагменти в някои случаи могат да бъдат по-предпочитани поради тяхната способност да проникват по-добре в тъканите и да бъдат елиминирани от тялото по-бързо от молекулите на антитела с пълна дължина. В същото време желаният фрагмент може да бъде произведен в Е. coli или дрожди, което значително намалява цената му в сравнение с антителата, получени с помощта на клетъчни култури от бозайници. В допълнение, този метод на развитие позволява да се избегне биологичната опасност, свързана с използването на антитела, изолирани от донорска кръв.

Миеломни имуноглобулини

Протеин на Бенс Джоунс. Пример за молекула на такъв имуноглобулин, която е димер на капа леки вериги

Терминът имуноглобулини се отнася не само за нормални класове антитела, но и за голям брой анормални протеини, обикновено наричани миеломни протеини. Тези протеини се синтезират в големи количества при мултиплен миелом, злокачествено заболяване, при което дегенерирали специфични клетки на антитялообразуващата система произвеждат големи количества определени протеини, например протеини на Bence-Jones, миеломни глобулини, фрагменти от имуноглобулини от различни класове.

Протеините на Bence Jones са или единични κ или λ вериги, или димери от две идентични вериги, свързани с единична дисулфидна връзка; те се отделят с урината.

Миеломни глобулини се откриват във високи концентрации в плазмата на пациенти с мултиплен миелом; техните H и L вериги имат уникална последователност. Едно време се приемаше, че миеломните глобулини са патологични имуноглобулини, характерни за тумора, в който се образуват, но сега се смята, че всеки от тях е един от отделните имуноглобулини, произволно „избрани“ от хилядите образувани нормални антитела в човешкото тяло.

Определена е пълната аминокиселинна последователност на няколко отделни имуноглобулини, включително миеломни глобулини, протеини на Bence Jones и леките и тежките вериги на същия миеломен имуноглобулин. За разлика от антителата на здрав човек, всички протеинови молекули от всяка посочена група имат една и съща аминокиселинна последователност и са едно от много хиляди възможни антитела в индивида.

Хибридоми и моноклонални антитела

Получаването на антитела за човешки нужди започва с имунизиране на животните. След няколко инжекции на антигена (в присъствието на стимуланти на имунния отговор) в кръвния серум на животните се натрупват специфични антитела. Такива серуми се наричат ​​имунни серуми. От тях чрез специални методи се изолират антитела.

Въпреки това, имунната система на животното произвежда специални антитела срещу огромно разнообразие от антигени. Тази способност се основава на наличието на разнообразие от лимфоцитни клонове, всеки от които произвежда антитела от същия тип с тясна специфичност. Общият брой на клонингите при мишките например достига 10^7 –10^10 градуса.

Следователно имунните серуми съдържат много молекули на антитела с различна специфичност, т.е. имащи афинитет към много антигенни детерминанти. Антителата, получени от имунни серуми, са насочени както срещу антигена, който е бил имунизиран, така и срещу други антигени, с които се е сблъсквало животното донор.

За съвременния имунохимичен анализ и клинична употреба специфичността и стандартизацията на използваните антитела са много важни. Необходимо е да се получат абсолютно идентични антитела, което не може да се направи с помощта на имунни серуми.

През 1975 г. J. Köhler и S. Milstein решават този проблем, като предлагат метод за производство на хомогенни антитела. Те разработиха така наречената "хибридомна технология" - техника за производство на клетъчни хибриди (хибридома). С помощта на този метод се получават хибридни клетки, които могат да се размножават неограничено и да синтезират антитела с тясна специфичност - моноклонални антитела.

За да се получат моноклонални антитела, плазмоцитни туморни клетки (плазмоцитом или мултиплен миелом) се сливат с клетки от далака на имунизирано животно, най-често мишка. Технологията на Köhler и Milstein включва няколко етапа.

Мишките се инжектират със специфичен антиген, който предизвиква производството на антитела срещу този антиген. Далаците на мишката се отстраняват и хомогенизират, за да се получи клетъчна суспензия. Тази суспензия съдържа В клетки, които произвеждат антитела срещу приложения антиген.

След това клетките от далака се смесват с миеломни клетки. Това са туморни клетки, които са способни да растат непрекъснато в култура; те също нямат резервен път за синтез на нуклеотиди. Някои клетки от далака, произвеждащи антитела, и миеломни клетки се сливат, за да образуват хибридни клетки. Тези хибридни клетки вече могат да растат непрекъснато в култура и да произвеждат антитела.

Сместа от клетки се поставя в селективна среда, която позволява само хибридни клетки да растат. Неслетите миеломни клетки и В-лимфоцитите умират.

Хибридните клетки пролиферират, образувайки хибридомен клон. Хибридомите се тестват за производство на желаните антитела. Избраните хибридоми след това се култивират, за да произведат големи количества моноклонални антитела, които са свободни от външни антитела и са толкова хомогенни, че могат да бъдат третирани като чисти химически реагенти.

Трябва да се отбележи, че антителата, произведени от една хибридомна култура, се свързват само с една антигенна детерминанта (епитоп). В тази връзка е възможно да се получат толкова моноклонални антитела към антиген с няколко епитопа, колкото има антигенни детерминанти. Също така е възможно да се изберат клонове, които произвеждат антитела само с една желана специфичност.

Развитието на технологията за производство на хибридоми беше от революционно значение в имунологията, молекулярната биология и медицината. Това позволи създаването на напълно нови научни направления. Благодарение на хибридомите се откриха нови пътища за изследване и лечение на злокачествени тумори и много други заболявания.

В момента хибридомите са се превърнали в основния източник на моноклонални антитела, използвани във фундаменталните изследвания и в биотехнологиите за създаване на тестови системи. Моноклоналните антитела се използват широко в диагностиката на инфекциозни заболявания на селскостопански животни и хора.

Благодарение на моноклоналните антитела ензимните имуноанализи, имунофлуоресцентните реакции, методите на поточната цитометрия, имунохроматографията и радиоимунологичните анализи станаха рутинни.

Разработени са много технологии за подобряване на синтеза на антитела. Това са технологии за рекомбинация на ДНК, методи за клониране на клетки и други трансгенни технологии. През 90-те години, използвайки методи на генно инженерство, беше възможно да се сведе до минимум процентът на миши аминокиселинни последователности в изкуствено синтезирани антитела. Благодарение на това, освен миши, са получени химерни, хуманизирани и напълно човешки антитела.