Основы иммунологии В.И.Вершинина

1. Основы иммунологии В.И.Вершинина Лекция 3. Антитела и антигенраспознающие рецепторы

2. От алексинов к иммуноглобулинам: • Г. Бухнер (1889) установил, что в сыворотке крови присутствуют особые термолабильные «защитные вещества» и назвал их алексинами. • Э.Беринг и Ш. Китазато(1890-1892гг.) открыли возможность получения дифтерийного и столбнячного антитоксинов, что заложило основы иммунотерапии. • П.Эрлих(1891) открыл антитела, нейтрализующие токсины растительного (рицин, абрин) происхождения. • Р. Пфейффер(1894) в иммунных сыворотках, полученных от резистентных к холерному вибриону морских свинок, обнаружил антитела, растворяющие микробов; введение этих сывороток не иммунным животным сообщало им устойчивость к холерному вибриону. • Э. Ру (1894) получил сыворотки для лечения токсической формы дифтерии окончательно укрепило идею о роли гуморальных факторов в защите организма от инфекции. • Грубер, Дархем(1896) открыли антитела, агглютинирующих микробы. • Паль Эрлих (1898) - Теория «боковых цепей». Антиген блокирует клеточные рецепторы и клетка начинает усиленно их синтезировать. Продуцируемые в избытке рецепторы отрываются от поверхности клеток и циркулируют в крови как специфические антитела. • Дрейер и Беннет (1965) высказали предположение об участии двух генов (V и С) в построении единой тяжелой или легкой цепей молекулы Ig. • Дж.Эдельман, Р.Портер(1972). Нобелевская премия «За открытия, касающиеся химической структуры антител».

3. Антитела - иммуноглобулины(Ig)- особые соединения, вырабатываемые клетками иммунной системы, специфически реагирующие с чужеродными антигенами • Синтезируются в организме человека и животных в ответ на введение чужеродного антигена (АГ). • Продуцируются плазматическими клетками, представляющими собой конечную стадию созревания В-лимфоцитов. • Являются гликопротеинами, имеющими в своем составе центры специфического взаимодействия с АГ. Связывание является нековалентным и основано на принципе комплементарности. • Главная функция антител - элиминация специфических АГ или микроорганизмов, несущих эти АГ. • Ig функционируют также в качестве мембрано-связанных антигенных рецепторов В-клеток и играют важную роль в их дифференцировке.

4. Молекулярная структура иммуноглобулинов • Любая молекула Ig построена из 4-х полипептидных цепей: 2 одинаковых тяжелых (H-цепи) и 2 одинаковых легких (L-цепи), объединенных дисульфидными связями (L- ss -H , H - ss -H). • L - цепь (25кДа) включает ~ 220 аминокислотных остатков, из которых сформированы 2 домена; в H-цепи (50кДа) ~ 450 а.о. и 4-5 доменов. • Каждый отрезок полипептидной цепи, состоящий ~ из 110 аминокислотных остатков, образует компактный домен, стабилизированный дисульфидной связью; каждая ss – связь, замыкает петлю из 60-70 а.о. • Домены обладают автономными функциями; различают вариабельные ( V) и константные (C) домены. • В молекуле Igимеется 2 V домена и 3 или 4 С-доменов. • В линейной области (между Сн1 и Сн2 доменами) локализована шарнирная область, обеспечивающая гибкость молекулы Ig.

5. Опыты Эдельмана и Портера по установлению структуры иммуноглобулинов • Обработка Igмеркаптоэтанолом приводит к разрыву дисульфидных связей и появлению 2-х пар полипептидных цепей, различающихся по молекулярной массе. • Сериноваяпротеиназапапаин расщепляет Ig(выше ss-связей в шарнирной области) на два Fab-и Fc- фрагменты. Каждый Fab обладает способностью связывать антиген, Fc- фрагмент- кристаллизуется. • Пепсин расщепляет Ig(ниже ss-связей в шарнирной области) с образованием F(ab')2 и Fc ' –фрагментов. Вследствие этого в составе сохраняется 2 активных центра. Пепсиновый Fc ' – фрагмент короче папаиновогоFc- фрагмента. Дж.Эдельман, Р.Портер (1972). Нобелевская премия «За открытия, касающиеся химической структуры антител».

6. Характеристика доменов Ig • Вариабельные доменыявляются N-концевыми. • В составе легкой цепи N-концевой домен является вариабельным (VL), С-концевой домен - константным (CL). • Тяжелые цепи имеют один вариабельный (Vн) и 3 или 4 константных доменов. • В вариабельном домене имеются каркасные участки (FR), в которых аминокислоты консервативны; они необходимы для поддержания общего строения. Между ними расположены гипервариабельные регионы (CDR) с выраженной вариабельностью аминокислотного состава. • В структуре цельной молекулы Ig VL и Vн-домены объединены; их гипервариабельные участки примыкают друг к другу, формируя активный центр. • Активный центропределяет специфичность антитела; связывается с эпитопом антигена. • Константные домены обеспечивают эффекторные свойства антител (связывание с белками системы комплемента, клеточными рецепторами и др.).

7. Вариабельность иммуноглобулинов • У млекопитающих и человека выделяют 5 классов (изотипов) иммуноглобулинов: IgG, IgA, IgM, IgD, IgE, несущихγ- ά-µ- δ - έ-H-цепи. • Среди иммуноглобулинов класса IgG различают четыре подкласса - IgG 1, IgG2, IgG 3, IgG4 ; иммуноглобулины классаIgA- два подкласса – IgA1и IgA2. • У Ig человека существует 9 разновидностей Н-цепей , определяющих принадлежность к разным классам и подклассам. • L-цепи у всех изотипов Ig представлены κ-иλ-цепями. В составе молекулы Ig всегда находятся цепи одного вида. • У человека IgM обычно обнаруживается в виде пентамера основной четырехцепочечной структурной единицы, IgM и IgAпредставляют собой димер или тример.

8. Структура молекул Ig различных классов • Различные классы Ig отличаются: • Структурой тяжелой цепи • Количеством и локализацией дисульфидных связей • Количеством углеводов • Количеством мономеров • Наличием дополнительных структур (j-цепь, секреторный компонент)

9. Основные физико-химические свойства иммуноглобулинов человека

10. Характеристика отдельных классов Ig Иммуноглобулин G . • IgGявляется основным иммуноглобулином, т.к. 80% антител относится именно к этому классу. • Содержится в сыворотке крови до 80% от общего количества сывороточныхIg . • Средняя сывороточная концентрацияIgG - 12 мг/мл. • В крови человека среди четырех подклассов IgG более половины приходится на IgG1.

11. Биологическая роль IgG: • Обладают выраженной антибактериальной, антивирусной активностью. • В определенных условиях проявляют противоопухолевое действие. • Взаимодействуют с белками системы комплемента. • Проникают через плацентарный барьер и обладают защитной функцией в отношении организма эмбриона и новорожденного ребенка. • Доминируют при вторичном иммунном ответе.

12. Иммуноглобулин М • На долю IgMприходится около 5-10 % всех сывороточных Ig. • Среднее содержаниев сыворотке крови взрослого человека составляет ~ 1мг/мл; уровень достигается уже к 2-4-х летнему возрасту. • Период полураспадаIgM- 5 дней • Доминируют в качестве «ранних» АТ при иммунном ответе на сложные по антигенному составу патогены. • Первым начинает синтезироваться в организме новорожденного; определяется уже на 20-й неделе внутриутробного развития. • Помимо пентамерной формы IgM, имеетсямономерная форма, которая представленана поверхности В-клеток и выполняет функциюантигенраспознающего рецептора. • Обнаружение в крови IgG указываетна вторичный ИО или микробоносительство. • IgM-пентамер c 10 антигенсвязывающими центрами, т. е. его валентность равна 10. • Молекулярная масса 900 кДа, константа седиментации 19S. • Тяжелые цепи молекулыIgMпостроены из 5 доменов ( 1-V-, 4-C- доменов). • Содержит многочисленные олиго-сахариды, присоединенные к µ-цепи. • Имеет J-цепь, принимающую участие в полимеризации мономеров, предшествующей выходу IgM из клетки. • J-цепь - полипептид из 137 а.о.; соединена s-s-связями с С-концевыми пептидами из 18а.о. Н-цепей отдельных мономеров

13. Иммуноглобулин А • В сыворотке крови IgА составляет 10-15% от общего количества сывороточных Ig. • Содержание в сыворотке крови -1,6 мг/мл, • IgА мономер с молекулярной массой 160 кДа. Тяжелая α-цепь построена из вариабельного домена, трех константных доменов и шарнирного участка. • У человека известны два подкласса - IgAl (доминирует в секретах слизистых оболочек) и IgA2. Около 90% плазматических клеток лимфоидной ткани слизистых оболочек, продуцируют IgA. В лимфатических узлах доля таких клеток составляет всего 2-5% • Секреторный IgА (sIgA) – димер с М.м. 380кДа. Состоит из двух мономеров IgA , секреторного компонента (м.м. 70кДа) и одной J-цепи (м.м.15 кДа). • Секреторный компонент синтезируется в эпителиальных клетках слизистых оболочек. • Молекулы димера- IgА, связанные J-цепью, при прохождении эпителиальных покровов активно связывают секреторный компонент. Он обеспечивает доставку sIgA в секреты слизистых; защищает АТ от протеолиза.

14. Иммуноглобулин E • IgE– мономер с молекулярной массой 185 кДа. • Включает две Н-цепи и две легкие цепи. Н-цепь содержит один вариабельный и четыре константных домена. • В сыворотке крови присутствует в очень небольших концентрациях. В норме составляет не более 0,1% от общего количества сывороточных иммуноглобулинов. • Более 90% синтезируемого плазматическими клетками IgE секретируется в слизистых экзосекретах желудочно-кишечного тракта. • Биологическая функция заключается в защите от внеклеточных паразитов; принимает участие в развитии аллергических реакций немедленного типа.

15. Иммуноглобулин D • IgD – мономер с молекулярной массой 185 кДа. • Тяжелая цепь IgD построена из одного вариабельного и трех константных доменов. • Содер­жится в сыворотке в исчезающих количествах. • Функция сывороточного IgD неизвестна. • На поверхности В-лимфоцитов присутствует мембранная форма IgD, входящая в состав В-клеточного рецептора.

16. Гены иммуноглобулинов

17. Формирование разнообразия АТ • Потенциальное разнообразие антител характеризуется цифрой, равной ~1016. В геноме человека присутствует более 20 тысячи генов. Если исходить из основной догмы молекулярной биологии «один ген – один белок», то этого количества генов совершенно недостаточно для того, чтобы обеспечить синтез колоссального числа различных иммуноглобулинов. Природа нашла поразительный выход из положения, применив прием, который характерен только для лимфоцитов. Во всех клетках (кроме созревающих В-лимфоцитов) кодирующая легкие и тяжелые цепи ДНК находится в состоянии «зародышевой конфигурации». Такую конфигурацию называют также генами зародышевой линии или гаметными генами. • H- и L- цепи Ig кодируются набором нуклеотидных последовательностей, названных генными сегментами или экзонами, разделенными друг от друга некодирующuми участками ДНК (интронами). Генные сегменты являются предшественниками функционально активных генов. В ходе В-клеточного созревания эти генные сегменты перестраиваются и особым образом соединяются вместе, давая функционально активные гены цепей иммуноглобулинов

18. Строение генов , кодирующих H- и L- цепи Ig