Книги, научные публикации
Pages: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ... | 7 | Учебная литература для студентов медицинских вузов Р.М.Хаитов, Г.А.Игнатьева, И.Г.Сидорович Рекомендовано Департаментом научно-исследовательских и образовательных медицинских учреждений Министерства ...
-- [ Страница 3 ] --Вновь синтезированная л-цепь MHC-I вступает в связь с мембранным протеином эндоплазматического ретикулума кальнексином мол. масса 88 000), который обеспе чивает частичный фолдинг л-цепи. Кстати, тот же кальнек син образует комплексы с вновь синтезированными и частич но сконформированными полипептидами МНС-П, TCR, (т.е. всеми иммунологически значимыми пептидами). При при соединении к л-цепи связь с кальнекси ном диссоциирует, и комплекс присоединяется для даль нейшего прохождения процесса приобретения конформации к кальретикулину (calreticulin) эндоплазматического ретикулу ма и протеину тапасину (tapasin).
Таким образом создаются условия для соединения пептида антигена с принимающим конформацию комплексом MHC-I.
При генетических дефектах в ТАР молекулы МНС деградиру ют внутри клетки, не попадая на клеточную мембрану. В нор ме в клетке молекулы присутствуют в избытке по отношению к пептидам. Поэтому в клетке при вирусных ин фекциях довольно быстро пептиды вирусного происхождения оказываются представленными на поверхности зараженных клеток в составе комплексов с MHC-I.
Молекулы представляют для распознавания Т-лимфоцитам синтезированные пептид ные антигены. В плане защиты от инфекций этот меха низм работает применительно в первую очередь к вирус ным, а также бактериальным внутриклеточ ным инфекциям. Поэтому Т-лимфоциты рассчита ны в первую очередь на обеспечение противовирусной за щиты, так как в комплексе с именно и только CD8 распознают пептидные антигены.
В отсутствие инфекций ) мируют комплексы с эндогенными (собственными) пептида ми. внимание на то, что Т-лим Рис. 5.9. Взаимодействие TCR с комплексом молекулы МНС-пептид на антигенпредставляющей клетке.
1 Ч клетка (например, дендритная);
2 Ч Т 3 Ч молекулы МНС-И;
4 Ч пептид (собственно антиген);
5 Ч а- и TCR;
6 Ч молекула CD4.
фоцитов в тимусе в норме в стерильном изнутри организме идет при взаимодействии отбираемых TCR со своими пепти дами, а не на отборе своего и чужого. Поэтому естествен но, что среди случайно формируемого разнообразия вариан тов антигенсвязывающих структур даже после позитивной и негативной селекции тимоцитов среди выходящих на перифе рию Т-лимфоцитов обязательно найдутся TCR, способные спе цифично связываться, наверное, со всеми собственными лан тигенами. Опыт показывает, что так оно и есть. Но деструк тивный иммунный ответ на собственные антигены в норме не развивается, и в дальнейшем мы обсудим то немногое, что известно о механизмах периферической толерантности.
Стабильное связывание антигена молекулами МНС внутри клетки при формировании собственной конформации, а не простая сорбция из раствора антигена снаружи уже экспрес сированными на мембране молекулами МНС, обеспечивает направление Т-лимфоцитарного иммунитета на реально ин фицированные клетки тела. Иммунное воспаление, управляе мое активными Т-лимфоцитами, Ч это наиболее лэнергич ное воспаление по сравнению с другими вариантами и та кое воспаление нельзя натравливать на ложные мишени, иначе организм будет не направленно избавляться от инфек ции, а страдать от неоправданно разлитой альтерации тканей.
Взаимодействие TCR с комплексом пептид Ч MHCI/II изображено на рис. 5.9.
5.8. Суперантигены В борьбе за свое существование инфекционные микроорганиз мы научились синтезировать некие вещества, которые по ступают с нашими Т-лимфоцитами не по правилам. Эти вещества называют суперантигенами. Когда они попадают в организм, то последний не может встретить их попыткой распознавания специфическим TCR потому, что суперанти гены благодаря своим особым химическим свойствам способ ны присоединяться без процессинга в антигенпредставляющих одной стороны к молеку лам МНС-И, но не в области для пептида, а сбо как правило, к л-цепи, и одновременно к V-области TCR на Т-лимфоците.
Это связывание вызывает активацию Т-лимфоцитов, но не антигенспецифичного клона, а поликлональную. Обычно су перантигены активируют 2Ч20 % периферических T лимфоцитов. В результате многие Т-лимфоциты продуцируют и секретируют активационные цитокины, что вызывает син дром общей интоксикации в организме. А затем активирован ные Т-лимфоциты погибают путем апоптоза. Таков закон лим фоцитарного иммунитета: на свой ли антиген или неспеци фически, но единожды активированный лимфоцит обречен на апоптоз (феномен AICD activation-induced cell индуцированной активацией клеточной смерти). (Феномен иммунологической памяти Ч особое явление, и хотя оно исключительно характерно именно для им мунитета, механизмы его непонятны до настоящего времени.) Но фактом является то, что после поликлональной актива ции лимфоцитов наступает физический дефицит лимфоцитов, следовательно, иммунодефицит.
Известны суперантигены бактериального и вирусного про исхождения, такие как энтеротоксины стафилококков (SE), токсин синдрома токсического шока (TSST-1 Ч toxic shock syndrome мембранный протеин вируса опухолей мо лочных желез бешенства, вирусов и животных и многие дру гие. Клиника пищевых отравлений, например, обязана глав ным образом действию SEs на Т-лимфоциты. Иммунодефицит в ранние сроки (и в поздние тоже) ВИЧ-инфекции в значи тельной мере объясняется лимфотоксическим действием су перантигенов вируса ВИЧ.
5.9. Генетический полиморфизм главного комплекса гистосовместимости Итак, в случае Т-лимфоцитов пептид-антиген связывается не только с рецептором Т-лимфоцита для антигена, но и (при чем по времени до Т-лимфоцита) с молекулами МНС ан тигенпредставляющих клеток. Разнообразие TCR природа со здает комбинаторикой сегментов ДНК Ч уникальным сом рекомбинации ДНК в соматических клетках. А как моле кулы МНС приспособлены к открытому множеству заранее неизвестных антигенов? Иначе, чем и иммуноглобули ны. ДНК в человек один и на всю Это значит, на равных экспрессируются гены обеих гомологичных хромо сом Ч от матери и от отца.
Гены МНС полигенны, т.е. существует один, а несколь ко локусов как I, так и II класса внутри комплекса Еще есть и так называемые неклассические гены, правильнее их было бы назвать не принадлежащими к ранее охарактери зованным I и II классам МНС. Сколько же генов МНС? Этот участок генома картирован не полностью, но то, что извест но о нем, показано на рис. 5.5 и 5.10.
Таким образом, генов MHC-I по 3 на каждой из гомоло гичных хромосом (А, В, С), следовательно, в сумме их 6. Ге нов МНС-П также по 3 на каждой из гомологичных хромосом (DP, DQ, DR), следовательно, в сумме их тоже 6. Если у матери и отца нет одинаковых аллелей, то каждый человек имеет 12 генов МНС I и II класса, вместе взятых. Некласси ческих генов МНС в области расположения генов I класса описано 6 (Е, F, Н, J, X). Возможно, будут открыты и новые гены. Неклассические гены МНС, видимо, неполиморф ны или не столь полиморфны, как гены I и II классов.
Известны гены за пределами МНС, кодирующие молеку лы, которые обеспечивают представление антигенов Т-лим Расположение неполиморфных аллелей области МНС челове ка (схема).
фоцитам. Примером такой молекулы (и гена соответственно) является способная связывать и представлять Т-лимфо цитам небелковые антигены (например, миколевую кислоту и липоарабиноманнан оболочки микобактерий).
Описаны неполиморфные молекулы и из области МНС II Ч DM и DQ. Функции HLA-DM в какой-то мере извест ны, и о них мы уже упоминали (стабилизация молекул МНС II внутри клетки во время ложидания смыслового пептида и катализ присоединения к МНС-П смыслового пептида, а также генерация протезного Гены полипеп тидных цепей, формирующих молекулу DQ, экспрессируют ся, по-видимому, только в тимусе и В-лимфоцитах, но фун кции этой молекулы неизвестны.
Полиморфизм классических генов МНС (I и II классов) означает наличие в популяции множества аллелей Ч ва риантов одноименного гена у разных особей.
Поэтому разные люди, неродственники, имеют различные аллели одноименных генов и, следовательно, разные белки МНС на мембранах своих клеток. Вероятность существования одинаковых аллелей у неродственников, тем более совпаде ния по всем или многим локусам тем меньше, чем больше полиморфизм в популяции. Полиморфизм генов МНС признан наибольшим из всех известных генов человека.
Полиморфизм этих генов в популяции выгоден для выжи вания вида: не у одного, так у другого человека в популяции организм может быть сумеет представить Т-лимфоцитам сво им вариантом молекул МНС антигены того или иного (в том числе и из вновь возникающих) инфекционного микроорга низма. Но вот каждый конкретный человек либо сумеет, либо нет воспринять конкретный микробный антиген и если не сумеет, то не сможет защититься от данного микроба иммун ным ответом и инфекция может убить его.
Конкретные варианты МНС закрепляются в эволюции естественным отбором (в отличие от TCR и и каж дая отдельная особь оказывается приспособленной к реги онарным видам и штаммам инфекционных микроорганиз мов, на защиту от которых шел отбор МНС у предков.
Для отдельных локусов МНС известно более сотни аллель ных вариантов, и поскольку далеко не каждый человек на Земле типирован по МНС, привести точное число аллелей нельзя. Международные банки данных располагают сведения ми о не менее чем 60 аллелях HLA-A, 111 аллелях HLA-B, 37 аллелях HLA-C, 62 аллелях 8 аллелях HLA 25 аллелях 16 аллелях 122 ал лелях 1 аллеле Каждый отдельный аллельный вариант молекулы МНС преимущественно связывает пептиды с определенными якор ными аминокислотными остатками.
От 1 до 10 % Т-лимфоцитов любого здорового организма реагируют активацией при контакте с аллогенными по МНС клетками. На любой случайный антиген, однако, реагирует гораздо меньшее число Т-лимфоцитов антигенспецифичных клонов. Столь высокий уровень аллореактивности Т-лимфоци тов оставался непонятным (учитывая отсутствие в природе пересадок органов и тканей) до открытия двойного распоз навания Р.Цинкернагелем и П.Дохерти. Тогда стало возмож ным предполагать, что аллореактивность Ч результат перекре стной реактивности с не своими МНС TCR, отобранных при позитивной селекции в тимусе на связывание со своими МНС.
Поэтому приходится признать, что отторжение аллогенного трансплантата происходит в результате того, что 1Ч10 % реципиента лошибаются, принимая донорские МНС за тогда как реципиента трансплантат, поскольку на нем не те МНС, на связывание с которыми прошла позитивная селекция тимоцитов.
Почему же число генов МНС I + II у индивидуума 12 и не больше? Ведь чем больше было бы генов МНС, тем большее разнообразие антигенов могли бы представлять антигенпред ставляющие клетки для распознавания Т-лимфоцитам. Огра ничение числа генов МНС можно объяснить механизмами по зитивной и негативной селекции тимоцитов на связывание с МНС, представленными в тимусе во время и на месте лим фопоэза Т-лимфоцитов.
Исследования показывают, что из каждого подмножества тимоцитов, оставленных живыми при позитивной селекции на связывание с конкретным вариантом молекулы МНС, 5 % будет элиминировано при негативной селекции как слишком аутореактивные, т.е. каждый вариант молекул МНС стоит жизни 5 % тимоцитов. На 12 вариантов молекул МНС (если считать только I и II классы) в тимусе должно быть ликви дировано 12 х 5 = 60 % тимоцитов. Реально в тимусе погиба ет более 95 % тимоцитов и лишь менее 5 % выходят в пери ферические лимфоидные органы. Видимо, в эволюции увели чивать полигенность МНС больше было нельзя.
Есть еще такой термин, как Это область генома внутри комплекса МНС между I и И, в которой кар тированы гены, кодирующие синтез следующих белков:
1) компонентов системы комплемента С4А и С4В, С2, фактора В;
2) цитокинов Ч фактора некроза опухолей и лимфотоксина (LT);
3) гены Ч CYP 21А, CYP 21B (фермен та, участвующего в биосинтезе стероидных гормонов).
До настоящего времени неизвестно, что кодирует (и ко дирует ли) значительная часть ДНК этой области.
5.10. молекулы не МНС Ч CD В организме у человека есть семейство, состоящее из 5 близ кородственных генов, которые неполиморфны и кодируют со ответственно 5 изоформ мембранных белков, по структуре похожих на MHC-I. Это кластер CD1:
a, b и с обладают значительной гомологией и составляют одно подсемейство, d и е Ч второе. Молекулы Ч состоящие из с молекулярной массой 45 000 и Антигенсвязывающая впадина на уже и глубже, чем у молекул MHC-I, но главное, что место связывания антигена имеет большое химическое сродство к гидрофобным лигандам. Недавно по казано, что антигены, которые связывают молекулы кластера CDla, b и с, имеют гидрофобную область (цепи жирных кис лот) и гидрофильную область из полярных или заряженных групп (гетерополисахариды). Например, связывают липог ликаны микобактерий, состоящие из гидрофобных липидсо держащих фосфатидилинозитольных групп, связанных с круп Таблица 5.5. Экспрессия различных изоформ молекулы CD1 на раз ных клетках Изоформа На каких клетках Человек Дендритные клетки;
клетки Лангерганса;
1. CDla кортикальные тимоциты Дендритные клетки;
кортикальные тимо 2. CDlb циты Дендритные клетки;
клетки Лангерганса;
3. CDlc кортикальные тимоциты;
В-лимфоциты;
эпителиальные клетки 4.
кишки;
другие клетки (?) Неизвестно 5. CDle Мышь Тимоциты;
В-лимфоциты;
Т-лимфоциты;
6. CDl.l макрофаги;
дендритные клетки;
энтероци ты;
клетки печени Неизвестно 7. 1. комплексами гидрофильных гетерополисахаридов. Какие Т-лимфоциты распознают такие антигены в комплексе с CD1? Экспериментально показано, что из эти антигены распознают лимфоциты, TCR которых содержит сегмент Va24.
Эти Т-лимфоциты либо либо по функции и те, и другие, если взаимодействуют с la, b, с, ЦТЛ.
CD47CD8" Т-лимфоциты, которые взаимодействуют с продуцируют большие количества IL-4. Разные изоформы молекулы экспрессированы на различных клетках (табл. 5.5).
5.11. Т-лимфоциты с рецептором y<5 для антигена (Ту<5) Результаты работ по молекулярному клонированию генов а и TCR были впервые опубликованы в 1983 г. В 1984 г.
H.Saito в экспериментах с кольцевыми ДНК перестроенных генов TCR в Т-лимфоцитах обнаружил гомологичные гены, не являющиеся, однако, ни ни -генами цепей TCR.
Таким образом открыли Т-лимфоциты, экспрессирующие молекулу CD3, но не экспрессирующие ни а-, ни TCR. Обнаружили TCR, состоящий из двух других полипеп тидных цепей, их обозначили следующими по алфавиту бук вами Ч у и б.
О Туб известно следующее. В эмбриогенезе Туб появляются раньше, чем. У мышей первая на 14-е сут ки эмбрионального развития (всего у мыши период беремен ности 21 сут) заселяет эпителий кожи. Эти Т-лимфоциты на зывают У не находят. В эмбриогенезе Туб вто рой волны заселяют эпителий слизистых оболочек репро дуктивного тракта. Эти эпидермальные Туб имеют гомогенный по V-области TCR.
В постнатальной жизни из дифференцирующихся в тимусе лимфоцитов Туб составляют меньше 1 %. Также меньше 1 % таких Т-лимфоцитов на территории периферических лимфо идных органов и в периферической крови Ч это территории. Но в постнатальном периоде вовсе не исчезают, они постоянно дифференцируются, причем из общей клет ки-предшественницы с только экстратимически, веро ятно, в слизистых оболочках преимущественно ЖКТ. Туб нор мально дифференцируются у бестимусных мышей nude.
Молекулярные механизмы выбора дифференцировки клетки-предшественницы в Туб или в точно неизвест ны. Молекулярные генетики подозревают о существовании специальных последовательностей в ДНК Ч silencers Ч выключающих возможность перестройки и экспрессии ге нов TCR либо, либо Гены локализованы внут ри генов л-цепи Ч между и J. Поэтому надо луспеть перестроить свои сегменты до того, как произойдет перестройка генов л-цепи, поскольку при перестройке генов V-J гены необратимо выбрасываются. Как уже отмечалось, гены содержат не менее диссеминированных среди V-сегментов 3 D-сегмен та, 3 J-сегмента и один С-ген. Особенностью перестройки генов является использование двух D-сегментов (VDDJ), при этом с каждого края блока добавляются некодируемые нуклеотиды и это существенно повышает раз нообразие антигенсвязывающих возможностей Гены у-цепи имеют два С-сегмента, 3 J-сегмента перед первым С-сегментом и 2 J-сегмента перед вторым С-сегментом, 12 V-сегментов.
В зрелых часто обнаруживают продуктивно перестро енные гены а в зрелых Ч перестроенные, но непродуктивно (out-of-frame) гены у- и - цепей.
На мембране не выявили экспрессию молекулы CD4.
Молекула CD8 на части но не в виде как на а в виде из двух распознают антигены иначе, чем По своим тигенраспознающим способностям рецептор Т-лимфоцитов напоминает иммуноглобулины в большей степени, чем другой рецептор Т-лимфоцитов CDR3 (complementary-determining region-3) длинная и вариабельная, как у Н-цепи иммуноглобулинов, a CDR3 у-цепи короткая и не слишком вариабельная, как у L-цепи иммуноглобулинов. Как и имму ноглобулины, TCRy<5 способен связывать нашивные антигены и независимо от классических молекул МНС, т.е. для синг некоторых экспериментах антигены для представляют неклассичес кие молекулы МНС, аминокис лотного состава больше, чем у и боль ше, чем у иммуноглобулинов, т.е. в целом способны распознавать немалое множество различных антигенов.
Антигены какого рода распознают Они замечены в распознавании бактериальных суперантиге антигенов и быть продуцентами цитокинов и/или цитотоксическими Т-лимфоцитами.
Предполагают, что, локализованные в барьерных тка нях и имеющие гомогенный по V-области рецептор, распоз нают hsp или стресс-протеины, выделяемые травмированны ми кератиноцитами, и начинают продуцировать цитокины, которые лорганизуют иммунный ответ на микробы, прони кающие в организм при травме покровных тканей.
У мышей с knock-out по генам го иммунитета в отношении инфекций:
"Для тором не компенсируют в данном случае отсутствие Туб.
У мышей с knock-out по генам но с сохранными генами возможен санирующий иммунный ответ про тив, например, вируса простого герпеса, Listeria monocytogenes, возбудителя 5.12. Субпопуляции нормальных киллеров Нормальные киллеры (NK, normal killers, или natural killers) были описаны впервые как большие гранулярные лимфоциты, способные in vitro без предварительной имму некоторые опухолевые клетки, а также ин фицированные вирусами клетки. Позже выяснили, что морфо логически могут выглядеть как малые лимфоциты.
NK из общей лимфоидной клетки предшественницы. чем-то отличаются от Т-лимфоцитов (в NK не перестраиваются гены TCR и они распознают свои мишени иначе), но и чем-то похожи (в NK возникает тот же самый цитотоксический аппарат убийства клетки-мишени, что и в ЦТЛ). Кстати, спонтанную цитотоксичность (без пред варительной иммунизации) могут развивать и некоторые NK в циркулирующей крови составляют около 15 % от всех мононуклеарных клеток. NK в тканях локализованы в иных местах, чем Т-лимфоциты: печени (это основное ме сто локализации NK у человека), красной пульпе селезенки, слизистых оболочках (особенно репродуктивных органов). NK не рециркулируют между кровью и лимфой, они циркулиру ют только в крови.
функции NK Ч цитотоксичность (в отноше нии и продукция цитокинов (IFN-y, TNF, GM-CSF, IL-8). Таким образом, будучи сами активи вклад в immune deviation в пользу стимулируют гемопоэз (GM-CSF), ку и мобилизацию эозинофилов усиливают воспали тельную реакцию в очаге (IL-8).
Какие стимулы активируют NK? На что они реагируют?
Как и всякая клетка, NK реагируют на то, для чего у них есть рецепторы на мембране. У них есть рецепторы для цито кинов (по крайней мере для IL-2, 4, 10, 12, 15 и IFN-y), для антигенов MHC-I, особый рецептор для Fc-концов Ч FcyRIIIA Последний рецептор ассоциирован в цитоплазме клетки с (другие цепи комплекса в NK не экспрессируются), которая проводит внутрь сигнал, активирующий цитотоксический аппарат NK. Через этот ре цептор NK распознают то, что распознает 16 свя жет иммунный комплекс за Fc-конец молекулы иммуногло булина), т.е. самые разнообразные антигены. Таким образом NK осуществляют эффекторную иммун ную реакцию клеточной цитотоксичности (АЗКЦТ). Феномен АЗКЦТ воспроизводим, достоверно на блюдается в экспериментах in vitro. наличие и значение in vivo, однако, подтвердить не просто из-за отсутствия адек ватных методов.
Эксклюзивным мембранным маркером NK является мемб ранная изоформа адгезивной молекулы из семейства адгезии клеток нервной системы (NCAM Ч neural cell adhesion molecule) с молекулярной мас сой 135 000Ч220 000 из суперсемейства иммуноглобулинов.
У человека четко различают по крайней мере две функци онально разные субпопуляции NK: и Субпопуляция в АЗКЦТ является эф фекторной. Субпопуляция преобладает в пе чени, локализуется в синусоидах (так называемые Pit-клетки), слизистой оболочке матки и в децидуальной оболочке. Пола гают, что именно NK слизистой оболочки матки не пуска ют трофобласт плода слишком далеко в тело матери. Про цесс инвазии трофобласта контролируется генами (неполиморфная, неклассическая молекула I класса). NK в децидуальной оболочке имеют мембранный фенотип активи рованных клеток. На них экспрессированы, кроме CD16, еще и такие мембранные молекулы, как CD69, МНС II, CD49a(VLA-l), CD54 (ICAM-1).
В крови содержание NK с фенотипом ми нимальное. Эта субпопуляция NK, кроме того, конститутив но экспрессирует высокоаффинный рецептор для IL-2 и спо собна пролиферировать в ответ на низкие концентрации IL 2. NK, преобладающие имеют фенотип функциональном отношении они являются КЦТ Ч пролиферируют в ответ на комбина ции цитокинов (IL-15 + IL-10) или (IL-15 + IL-12), жела тельно на близком расстоянии от активированных Т-лимфо цитов. Если NK + то они начинают "активно продуцировать мулируют.+ они не продуцируют. NK начинают только при их стимуляции IL-2, который, как известно, проду цируют исключительно активированные Т-лимфоциты, т.е.
продукция антигенспецифичного иммунного ответа со стороны Т лимфоцитов.
ф Н На MHC-I собственных активиру ющие, а ингибирующие киллерную функцию NK, rp.r,p,ptnrs) две разновидности KIR, различающиеся по молекулярной массе:
легкий KIR состоит из двух внеклеточных доменов и имеет массу 58 000 (обозначен р58). Он лузнает антигены локуса HLA-C. Более крупный KIR имеет 3 внеклеточных домена и молекулярную массу 70 000 (р70), лузнает HLA-B и HLA-A.
Гены KIR NK человека локализованы в хромосоме 19. На уровне ДНК они не перестраиваются, но на уровне крипта РНК с этих генов имеет место альтернативный сплай синг, что обеспечивает определенную степень разнообразия вариантов этих рецепторов у каждого отдельного NK. На каж дом единичном NK экспрессировано более одного варианта Кроме того, на NK экспрессирована моле кула CD8, имеющая сродство к MHC-I.
Если при контакте с какой-то клеткой эти рецепторы не находят достаточного количества своих лигандов (MHC-I), то ингибирующий сигнал с KIR-рецепторов также оказывается недостаточным, и NK развивает в отношении этой клетки ци тотоксическую атаку и убивает клетку. Поскольку субнормаль ная экспрессия MHC-I возникает при патологических процес сах в клетках (при вирусных инфекциях, опухолевом перерож дении), постольку и NK могут убивать инфицированные ви русами или перерожденные клетки собственного организма.
Ингибирующим киллерную активность рецептором NK является и мембранная молекула CD94 в комплексе с NKG2A.
Этот рецептор принадлежит в семейству лектинов С-типа. Еще одним ингибирующим рецептором с неизвестным лигандом служит молекула gp49B.
Контакты с собственными клетками NK осуществляют посредством адгезивных молекул [например, CD2, лиганд CD58 и CD31 Молекула CD31 обеспе чивает гомотипную адгезию NK к эндотелию и экстраваза цию NK из сосудов в ткани.
Кроме того, на NK экспрессировано множество интегри нов. На NK конститутивно экспрессированы такие интегри ны, как (CDlla/CD18), VLA-4 (CD49d/CD29), VLA-5 (CD49e/CD29). LFA-1 обеспечи вает связь с клетками эндотелия [лиганды - (CD54) и ICAM-2 (CD102)]. также имеет сродство к лиганду CD54. VLA-4 вступает в связывание с васкулярной молекулой клеточной адгезии VCAM. обеспечивает прилипание NK к фибронектину межклеточного матрикса.
NK отвечают на (т.е. имеют рецепторы для) хемоки ны семейства СС: (macrophage inflammatory pro tein-), (interferon-induciable RANTES, 2, 3 (monocyte chemotactic 2, 3), а также Вероятно, NK, локализованные в синусоидах печени, че рез которые проходит в первую очередь кровь vena porta от слизистой оболочки всего ЖКТ, активно участвуют в убий стве лимфоцитов, активированных пищевыми антигенами, и таким образом обеспечивают иммунологическую толерантность организма в целом к пище (так же как слизистой обо лочки матки принимают участие Ч может быть, решающее Ч в поддержании состояния толерантности организма матери к тканям эмбриона).
Глава 6. АКТИВАЦИЯ Т-ЛИМФОЦИТОВ 6.1. Что такое активация лимфоцита Активация лимфоцита в периферических лимфоидных тканях Ч это инициированные внешними сигналами (сле довательно, через рецепторы для этих сигналов на кле точной мембране лимфоцита) биохимические реакции внутри клетки, приводящие к активизации транскрипции с определенных генов, что в свою очередь приводит к про лиферации и додифференцировке лимфоцита (т.е. биосин тезу специфических цитокинов и мембранных молекул).
Почему пролиферация Ч обязательный процесс при акти вации лимфоцита в начале развития иммунного ответа? Про лиферация в периферических тканях в норме Ч исключитель ное свойство именно лимфоцитов. Другие клетки крови, в том числе клетки доиммунных механизмов резистентности к ин фекциям, фагоциты, в периферических тканях не пролифе рируют, даже будучи активированными к действию после встречи со своим целевым объектом. Обязательность проли ферации для лимфоцитов объясняется все тем же уникальным свойством лимфоцитов Ч огромным числом вариантов рецеп торов для антигена Отсюда следует, что числен ность лимфоцитов с конкретным рецептором Ч один или мало, если учесть с разной аффин ностью рецепторы, то несколько тысяч клеток. Для адекват ной санации от антигена лимфоцитов нужного клона надо столько, сколько потребуется. Поэтому пролиферация клона заложена в жизненную программу каждого лимфоцита Ч в периферических тканях после встречи с антигеном.
Запрограммированность лимфоцитов на пролиферацию объясняет еще два явления, характеризующих именно лимфо вднуто ткань. Первое Ч запрограммированность на апоптоз Ч обязательное как ни в другой у млекопи тающих. Второе: трансформация проис ходит чаще, чем в клетках других гистотипов, так в нор мальных механизмах пролиферации есть чему и сломаться в сторону патологического лимфопролиферативного процесса.
Активация Т-лимфоцита антигеном осуществляется при сочетанном взаимодействии некоторых молекул на поверхно сти Т-лимфоцита с рядом комплементарных молекул на по верхности антигенпредставляющей клетки. Это взаимодействие принимает морфологическую форму, получившую название агрегатов. Недавно на лимфоцитах от генных по генам TCR мышей (у которых все Т-лимфоциты имеют одинаковый TCR, антиген для которого точно извес тен) люди научились прямо наблюдать эти структуры под флюоресцентным микроскопом высокого разрешения. Взаимо действующие молекулы мембран между двумя клетками на зывают еще межклеточным интерфейсом. Интерфейс между Т лимфоцитом и антигенпредставляющей клеткой состоит из следующих молекул. Со стороны эти стороны молекулы-лиганды МНС-Г или и CD Биохимические внутриклеточные реакции проведения сиг нала на гены Ч это реакции фосфорилирования молекул белков по остатку тирозина. Внутриклеточные участки моле кул TCR и корецепторов физически ассоциированы с опре деленными тирозинкиназами, и в результате изменения кон формации внеклеточных участков рецепторов при связывании с антигеном внутриклеточные тирозинкиназы инициируют цепь реакций фосфорилирования внутри клетки.
В цитоплазматических участках проводящих сигнал цепей рецепторов идентифицированы определенные последователь ности остатков тирозина, по которым происходит фосфори лирование. Эти последовательности обозначены (от англ.
immunoreceptor tyrosine-based activation motifs). Они представ ляют собой последовательность аминокислотных остатков (L/I). Остатки тирозина фосфорилируются ки назами семейства src - Lck, Fyn, и Lyn. В Т-лимфоцитах хорошо изучена киназа Она связывается с тическими участками молекул корецепторов CD4, CD8, а также цепей, у и TCR. После фосфорилирования ITAM в этих молекулах они изменяют конформацию и становятся доступны для связывания по с тирозинкиназами цитозоля и Syk. Внутриклеточное проведение сигнала в зрелом, завершившем лимфопоэз Т-лимфоците можно пред ставить схемой на рис. 6.2.
6.1. Межклеточный линтерфейс между и генпредставляющей клеткой (АПК), А. Адгезия Т-лимфоцита и АПК до распознавания эти ствия слабые и если не произойдет связывания с антигеном, то клетки легко диссоциируют. Б. После связывания TCR с комплексом молекулы Ч пептид изменяется конформация молекулы и связь между клетками становится более сильной и продолжительной.
Молекула CD45 является трансмембранной тирозинфосфа тазой. Ферментативной активностью обладает цитоплазмати ческий участок молекулы. Этот фермент катализирует отщеп ление ингибиторных фосфатных групп от молекул тирозин киназ Lck и Fyn, ассоциированных с цитоплазматическими участками молекул соответственно CD4 или CD8 и - и е цепей CD3. Точно реакции, следующие за этим, неизвестны.
Известно, что фосфорилированная -цепь присоединяет ци тозольную тирозинкиназу -70 и при этом ее активирует. Активированная ZAP-70 катализиру ет активацию фосфолипазы которая расщепляет тидил-инозитол-4,5-бифосфат до диацил-глицерола (DAG) и инозитол-трифосфата В идентифицированы еще два так называемых C D C D 4 ;
.- Х) Fyn и Lck фосфорилируют остатки тирозина в ITAM - Fyn и Lck сближаются и CD45 активирует Lck и Fyn и -цепей, что позволяет тем самым активируются связать -70, которая при этом активируется -70 и Fyn активируют Ras и C-, которые расщепляют до (DAG) и DAG активирует мобилизует Ras активирует каскад киназ протеинкиназу С точный что активирует фосфатазы и С активирует Кальцийневрин активирует Каскад киназ индуцирует и фактор транскрипции NFkB, фактор транскрипции NFAT активирует Fos - компонент фактора транскрипции Факторы транскрипции NFAT и АР-1 индуцируют транскрипцию с определенных генов, что обеспечивает пролиферацию и Т-лимфоцита 6.2. Взаимодействие внутриклеточных молекул, участвующих в проведении внешних сигналов на ядро (гены) Т-лимфоцита (схема).
CD45 Ч трансмембранная тирозинфосфатаза, отщепляет ингибирующие фос фаты от ITAM цитоплазматических участков цепей комплекса чем спо собствует активации внутриклеточных тирозинкиназ Fyn и Lck;
-70 ( assotiated protein-70) Ч тирозинкиназа с молекулярной массой 70 000, ассоциированная с -цепью комплекса TCR;
DAG Ч диацилглицерол;
Ч инозитолтрифосфат;
NFkB Ч ядерный фактор транскрипции каппа-В;
NFAT (nuclear factor of activated cells) Ч ядерный фактор транскрипции, специ фичный для активированных Т-лимфоцитов;
АР-1 Ч фактор транскрипции, представляющий собой комплекс генрегулирующих белков из семейств Fos и белка Ч промежуточные участники проведения сигнала Ч LAT (Linker for activation of cells) и SLP76 (SH2 containing leukocyte protein of 76 kDa). LAT является мембранным белком, способным связывать фосфолипазу и тем самым физически подводить ее к липидам мембраны.
SLP76 Ч цитозольный белок, обеспечивающий связывание тирозинкиназ с фосфолипазой В В-лимфоцитах нет мо лекул LAT и Вероятно, в В-лимфоцитах есть свои адаптерные молекулы для проведения сигнала (BLNK/SLP65, HS1), но они мало изучены.
DAG активирует протеинкиназу С (серин/треонинкиназу), которая активирует фактор транскрипции NFkB.
Инозитол-трифосфат высвобождает из внутриклеточ ных депо. Существенно, что в активируемом Т-лимфоците включаются и кальциевые насосы клеточной мембраны для подкачки из внеклеточной среды. Свободные акти вируют фосфатазу Ч кальцийневрин (calcineurin), который удаляет ингибирующие фосфатные группы с цитоплазматичес кого белка Ч предшественника фактора транскрипции NFAT.
Это позволяет данному фактору мигрировать на территорию ядра и связать фактор В результате образуется активный фактор транскрипции NFAT, специфичный именно для ак тивированных Т-лимфоцитов.
Третье последствие проявления активности ZAP-70 Ч- ак тивация Ras Ч GTP-связывающего протеина (мол. масса 21 000). Этот белок Ч широко распространенная внутрикле точная молекула, участвующая в проведении сигналов путем активации каскадов протеинкиназ, направленных на семей ство генрегулирующих белков Fos. Белки Fos образуют комп лексы с братьями из семейства и вместе с ними пред ставляют собой факторы транскрипции АР-1. Сами по себе факторы АР-1 инициируют пролиферацию клеток. В комбина ции с тканеспецифичным фактором NFAT образуется акти ватор транскрипции именно с генов, продукты которых уни кальны для Т-лимфоцитов.
Кстати, знание тканеспецифичности факторов транскрип ции помогает в поиске целенаправленно действующих лекар ственных средств. Так были подобраны два препарата, доста точно избирательно ингибирующие кальцийневрин и тем са мым препятствующие образованию активного фактора транс крипции Т-лимфоцитов (NFAT) Ч А и FK Эти препараты подавляют в цитах, инициируемых к иммунному ответу антигенным раз дражением, После проведения сигнала может произойти (но не обяза тельно) такое морфологическое событие, как рецепторов с поверхности клетки. Этот феномен называют еще модуляцией рецепторов. Всего 100 комплексов пептид Ч МНС на поверхности антигенпредставляющей клетки способны вызвать интернализацию около 10 000 молекул TCR с по верхности Т-лимфоцитов. При этом у Т-лимфоцитов на 1 молекулу TCR приходится 2 молекулы CD4 (димеризация корецептора CD4 при активации Т4-лимфоцита).
6.2. и торможение активации Во всякой живой клетке, естественно, происходят противо положные процессы. В лимфоцитах Ч и Т, и В Ч в норме есть материальный субстрат (т.е. наружные рецепторы и внутрикле точные механизмы) не только для активации, но и тормо жения активности клеточной биохимической машины. Тор можение активности происходит по двум вариантам: 1) клет ка остается живой, но не пристает к другим клеткам (не проявляет активность), 2) активность лимфоцита гасится путем запуска внутриклеточного механизма самоуничтожения клетки, называемого апоптозом (син.: запрограммированная смерть клетки Ч PCD Ч programmed cell death). Запрограм мированность апоптоза означает, что в клетке для активации внешними сигналами доступны определенные гены (лпрограм ма смерти), кодирующие определенные продукты Ч фермен ты, предназначенные для закономерной и необратимой дезин теграции всей ДНК и остального содержимого клетки. Но в нормальных клетках апоптоз не запускается по сугубо внут риклеточной программе развития отдельно взятой клетки.
Нужен внешний сигнал. Для его восприятия на клетках, в дифференцировке которых апоптоз предусмотрен, есть специ альные рецепторы, например Fas (CD95).
Следовательно, и сигналы на апоптоз специальные. Но, кроме того, отсутствие сигналов с других рецепторов, харак теризующих жизненную активность клетки (эти сигналы на зывают сигналами на выживание), также при определенных условиях побуждает клетку выйти в апоптоз.
на птоза) является уяпвттетвпритвльнпе связывание с МНС I или позитивной селекции Для со своим лимфоците.
Апоптоз Известно два способа смерти живой клетки Ч некроз и апоп тоз. Некроз Ч это травматическая гибель по самым разным причинам: механическое или осмотическое нарушение цело стности мембраны, термический или химический ожог, по вреждение микробными или иными токсинами и т.д. Некроз приводит к попаданию содержимого клетки в окружающую среду и в норме вызывает воспалительную реакцию. Апоптоз Ч это фрагментация содержимого клетки изнутри, осуществля емая специальными внутриклеточными ферментами, индук ция и активация которых происходят при получении клеткой внешнего сигнала или при принудительной линъекции в клетку ферментов Ч активаторов апоптозной машины (пос леднее имеет место при осуществлении эффекторной функ ции ЦТЛ и NK при убийстве ими или при повреждении клетки внешними факторами, не приводящими к некрозу, но способными инициировать апоптоз (ионизиру ющая радиация, обратимый перегрев и др.).
Явление дружной гибели определенных клеток в много клеточном организме наблюдали еще в конце XIX Ч начале XX вв. и именно на лимфоцитах. Физиологи регистрировали, что при голоданиив организм теряет значи тельную часть лимфоцитов. Поскольку функции лимфоцитов в неизв'естны, их даже называли иногда тро фоцитами как раз за то, что организм съедает их при голо дании. Наблюдали также безвоспалительную гибель тимоцитов при введении в организм экспериментальных мышей глюко кортикоидных гормонов. Термин лапоптоз тогда еще не при меняли.
более 20 лет назад назвали биологическое яв ление, описанное зоологами J.F.R. et 1972] при ги стологическом исследовании развития личинок круглых чер вей нематод (на примере elegans). У них наблю дали одновременную гибель одного и того же числа клеток в строго определенный момент развития: тело личинки содер жит 1076 клеток, а тело взрослого червячка Ч 945;
ровно клетка в нужный момент исчезает. Эта ровность навела на правильную мысль о запрограммированности такой клеточной смерти.
Термин лапоптоз взят из греческого языка этим словом называли в спо или У нематод идентифицировали два гена ced-3 и ced-4, необходимые для осуществления апоптоза, и ген ced-9, подавляющий апоптоз.
В 1976 г. при электрофорезе ДНК обнаружили фрагментацию ДНК на регулярные отрезки размером примерно в 180 пар нуклеотидов. Как всякая регулярность и правильность, а не хаос, это также навело на правильную мысль о том, что в данном случае исследователи столкнулись с закономерным явлением природы, имеющим отлаженный биохимический и клеточный механизм развития. Но с феноменом запрограмми рованной гибели клеток этот факт был лувязан позже. У мле копитающих клетки всякой ткани, которой свойственна по жизненная физиологическая регенерация, в дифференциров ке приобретают программу на апоптоз. Лимфоцитам апоптоз свойствен в мере, превышающей таковую для любых других клеток: лимфоциты Ч единственные клетки крови, которые мало того, что лизлишне делятся при лимфопоэзе (лпод нужды позитивной и негативной селекции), еще и обязаны делиться на периферии при инициации иммунного ответа.
Примеры морфогенстических событий, при которых про исходит апоптоз, как минимум следующие:
Х удаление стадиоспецифичных тканей и органов в эмб риогенезе;
Х удаление короткоживущих (несколько часов) клеток крови (например, нейтрофилов);
Х позитивная и негативная селекция тимоцитов;
Х элиминация пролиферирующих клеток в отсутствие их специфических факторов роста;
Х индуцированная активацией смерть лимфоцитов (AICD).
Кроме того, апоптоз запускается в клетках-мишенях при работе таких эффекторных механизмов иммунитета, как дей ствие ЦТЛ и NK.
Апоптоз развивается как процесс. Точная последователь ность событий строго неизвестна. Возможно первое необрати мое действие в клетке Ч это повышение проницаемости мем бран митохондрий.
При апоптозе активируются особые ферменты Ч цистеи новые протеазы, специфичные по остатку аспарагина и по этому называемые (caspases). У млекопитающих идентифицировали 10 каспаз. Их обнаруживали путем скри нинга клеточной ДНК на последовательности, гомологичные гену нематод ced-3.
Позже происходит еще один существенный и характерный для апоптоза процесс, состоящий в том, что специальные ферменты, эндонуклеазы, нарезают всю клеточную ДНК меж ду нуклеосомами на регулярные фрагменты в основном 200 пар нуклеотидов (разброс от 50 до 300 пар). Вероятно, эндонуклеазы активируются под действием каспазы-3, извест ной еще под названиями СРР32 или apopain.
Каспазы связаны с кислыми и нейтральными сфингомие линазами, которые будучи активированными, генерируют це рамиды и ганглиозиды, меняющие мембраны клетки. В резуль тате ядро постепенно сморщивается и фрагментируется. Кле точная мембрана теряет упругость, местами происходит инвер сия фосфолипидов, и наружу выворачивается фосфатидил серин. Его способны распознавать фагоциты. Затем клетка рас падается на окруженные мембраной фрагменты Ч апоптозные тельца. Внутриклеточное содержимое при этом не вытекает во внеклеточную среду. Воспалительная реакция в ткани не развивается. Апоптозные тельца, мембранные пузырьки, фаго цитируют макрофаги либо поглощают макроэндоцитозом ден дритные клетки. Макрофаги сорбируют апоптозные тельца сле дующими молекулами своей мембраны: интегрином CD36 (молекула адгезии, GPIIIb), возможно, рецептором для мусора (scavenger receptor). Дендритные клетки сорбируют апоптозные тельца интегрином и молекулой CD36.
Макрофаги разрушают вещество телец до мел ' ких метаболитов. При этом продукция провоспалительных цитокинов в макрофагах не активируется. А вот дендритные клетки процессируют вещества апоптозных телец (как и лю ? бых других антигенов) и в результате экспрессируют на мем бране комплексы пептидов с молекулами MHC-I и II, среди Ч как экзогенные, например вирусные (если апоп /тозу подверглась инфицированная вирусом клетка), так и пептиды Ч фрагменты собственных белков организма. Денд ?ритные клетки способны индуцировать иммунный ответ на компоненты апоптозных телец. Именно такие процессы лежат в основе развития иммунного ответа на собственные повреж денные ткани, а также на тканевые антигены чужеродных трансплантатов.
Точные биохимические механизмы апоптоза еще не изу чены. Известны лишь отдельные факты. Известны гены (по крайней мере два), продукты которых предотвращают апоп тоз. Это гены (соответственно белок и Вс1-х. Ген Вс1-2 млекопитающих гомологичен гену ced-9 нематод. С гена Вс1-х в результате альтернативного сплайсинга первичного РНК-транскрипта получаются два белка Ч малый (small) и большой (large) Малый белок индуцирует, а большой белок предотвращает апоптоз.
белков проис ходит хроничес ких ревматоидном артрите последнем случае полагают, что сигналы лимфоциты синовиальных полостей получают от разросшихся фиброблас тов стромы, что в патогенезе заболевания отношению к патогенетическим эффектам активированных Т-лимфоцитов.
Сигналы для экспрессии Вс1-2 и вероятно, прихо дят с у-цепи рецепторов для цитокинов, общей у рецепто ров для IL-2, 15, 4, 7 и 13. Кроме того, при анализе меха низмов хронического воспаления суставов при ревматоидном артрите установили, что индукция антиапоптозных генов в зрелых Т-лимфоцитах (которым в норме положено было бы Х лумереть апоптозом) происходит, вероятно, при взаимодей ствии молекул интегринов на фибробластах (активный пеп тид ARg Ч Ч Asp Ч Ser) с молекулой 11a/ 18) на Т-лимфоцитах.
Известны некоторые пары рецептор Ч лиганд, связывание которых индуцирует апоптоз в клетке Ч носителе рецептора:
Х рецептор Fas (CD95) на клетке-мишени Ч Fas-лиганд (FasL) на мембране клетки-лубийцы;
Х рецептор для глюкокортикоидных гормонов в лимфоци те Ч глюкокортикоидные гормоны (этот механизм ин дукции апоптоза работает на территории тимуса при позитивной селекции, зируются На терри тории негативной селекции тимоцитов апоп тоз индуцирует Fas-лиганд, экспрессированный на ден дритных клетках тимуса);
Х при определенных сопутствующих условиях рецептор для TNF I и его лиганды TNF или LT. Выделяют до 6 так называемых рецепторов TRAIL (TNF Ч receptor related apoptosis inducing ligand) Ч рецепторов, род ственных рецептору для TNF, лиганды которых вызы вают апоптоз;
Х CD30 (на тимоцитах или Т-лимфоцитах) Ч CD30L (на эпителии и дендритных клетках мозговой зоны тимуса и других клетках).
В экспериментах с В-лимфоцитами показано, что актива ция В-лимфоцита через специфический рецептор для антиге на сопряжена с защитой от апоптоза на несколько дней, необходимых для развития иммунного ответа, тогда как стимуляция В-лимфоцита (например, митогенами), помимо BCR, приводит к их быстрому, опосредованному через Fas рецептор апоптозу.
Индукция так называемой высокодозовой толерантности (когда в организм парентерально вводят большую дозу спе цифического антигена) по механизму Ч это элиминация антигенспецифичного клона лимфоцитов апоптозом как след ствие лударной активации клона специфическим антигеном.
Превышение меры Ч всегда патология.
В норме факторы транскрипции, образующиеся при нор мальном процессе активации Т-лимфоцита, NFAT и активируют и энхансерные последовательности для Fas-лиганда, что создает перспективу апоптоза у лимфоцитов, лотработавших свое в иммунном ответе.
Суперантигены индуцируют апоптоз сразу после пролифе рации лохваченных Т-лимфоцйтов, а также апоптоз в дендритных клетках. Все это объясняет продолжи тельную иммунодепрессию после воздействия на организм суперантигенов.
Описаны случаи наследственных дефектов в Fas или/и FasL: такие люди с самого рождения страдают тяжелыми формами лимфопролиферативных или/и аутоиммунных болез ней, быстро приводящих к летальному исходу.
У млекопитающих описаны и другие гены, кодирующие продукты, которые ингибируют апоптоз: ALG 3 и др.
лены у вирусов аденовирусов, свиней. Клиницисты рассматривают эти потенциально онкогенные.
Есть и гены, ускоряющие апоптоз. У млекопитающих вы явлены такие гены Ч Bak, Bad, Иногда в литературе можно отметить, что апоптоз и ин дуцированную активацией смерть клеток (AICD Ч activation induced cell death) считают синонимами. Это не вполне кор ректно. Явление апоптоза шире, чем AICD. Например, апоп тоз запускается в клетках, в которых произошло радиацион ное повреждение ДНК в большем объеме, чем это могут исправить ферменты репарации ДНК. Некроза клеток при этом нет, есть именно апоптоз. Внутриклеточным фактором, индуцирующим программу на апоптоз, в данном случае яв ляется, вероятно, белок с молекулярной массой 53 он обозначен р53. Белок р53 Ч фактор транскрипции. Физиоло гические функции этого белка малоизвестны, неизвестно даже, функционирует ли он в норме. Однако при дефектах в р53 развиваются опухоли. У С р53 онтогенез примерно до 10-месячного возраста происхо дит без видимых отклонений, но после 10 мес практически все такие животные умирают от рака или саркомы. Или, на пример, если тимоциты in vitro поместить в среду с темпера турой 43 С, то через некоторое время они погибнут по ме ханизму некроза. Но если те же тимоциты прогреть до той же температуры 43 в течение 3 мин, после чего вернуть к физиологической температуре 36,7 то тимоциты будут все равно погибать, но по механизму апоптоза. Кроме того, пост натальный апоптоз возможен и не в лимфоидной ткани. На пример, апоптоз гепатоцитов происходит при алкогольных циррозах печени, при которых показана экспрессия Fas и FasL именно на гепатоцитах. Правильно ли рассматривать алкогольную альтерацию печени как AICD, сказать трудно.
6.2.2. Торможение активации Исследования закономерностей взаимодействия TCR со свои ми лигандами показали, что не всякое связывание приводит к активации лимфоцита. Некоторые комплексы пептидов с МНС связываются с TCR, не вызывают активацию лимфоцита и препятствуют собой связыванию с тем же TCR другого комп лекса пептид Ч МНС, который в отсутствие первого вызыва ет активацию лимфоцита. Такие ингибирующие пептиды назы вают Пептиды, вызывающие акти вацию с TCR, называют пептидами-агонистами. Химические исследования показывают, что пептиды-антагонисты получают ся при замене в пептидах-агонистах аминокислотных остатков, участвующих в связывании с TCR, при сохранении остатков, участвующих в связывании с молекулами МНС.
Вероятно, ингибиция активации лимфоцитов пептидами антагонистами играет определенную роль в патогенезе перси стирующих вирусных инфекций. Это показано, например, для ВИЧ-инфекции: мутантные вирусные пептиды-антагонисты способны заблокировать активацию вирусспецифических ЦТЛ, будучи в количестве в 100 раз меньшем, чем нормаль ные вирусные пептиды-агонисты, т.е. в каких-то случаях по крайней мере аффинность связи с TCR у пептида-антагони ста может превосходить аффинность связи пептида-агониста.
6.2.3. активирующие рецепторы и негативные корецепторы лимфоцитов Давно известно, например, что введение в кровь животного готовых антител в достаточных количествах блокирует выра ботку одноименных антител В-лимфоцитами этого животно го. Многие другие феномены на клеточном и организменном уровне свидетельствуют, что при определенных воздействиях на лимфоцит чем-то извне внутриклеточные биохимические реакции в лимфоците тормозятся. Это указывает на то, что на мембране лимфоцита есть рецепторы, которые при связы вании с внешним лигандом проводят в клетку не активиру ющий, а ингибирующий сигнал.
Понятие лиммунорецепторы включает в себя 3 типа рецеп торов лимфоцитов и их партнеров-лейкоцитов: TCR, BCR, FcR.
Именно и только эти рецепторы, каждый по-своему способ ны обеспечивать реакцию клеток на антиген. В разделе 6.1 уже упоминалось об активации В-лимфоцитов, о том, что в со ставе цитоплазматических компонентов этих рецепторов есть так называемые тирозинсодержащие активационные последо вательности остатков аминокислот Ч ITAM (immunoreceptor tyrosine-based activation motifs). Они представляют собой двой ной повтор 4 остатков аминокислот YxxL, разделенных (12 Ч в одноцепочечных низкоаффинных рецепторах для IgG Ч FcyRIIA и FcyRIIC) вариабельными остатками. Эти ITAM присутствуют в цитоплазматических участках ассоции рованных с BCR полипептидов и в ассоциирован ных с TCR а также цепях и в ассоциированных с FcR у (FcRy) и проводящих сигнал субъединицах.
Активационный сигнал с иммунорецепторов развивается в случае гомотипной агрегации рецепторов лигандом. Но на од ной клетке экспрессированы разные рецепторы. Природой ус троено так, что возможна и коагрегация одним лигандом раз ных рецепторов. При этом проведение сигнала с одного ре цептора будет модулировано проведением сигнала со второго рецептора. Существуют рецепторы, сигнал с которых ингиби рует клетку. Например, у человека таковыми являются две изоформы низкоаффинного для IgG Ч FcyRIIBl и FCyRIIB2. В их цитоплазматических участках нет ITAM, и Рис. 6.3. Коагрегация на I Ч агрегация антигеном плюс стимуляция комплекса CD19, CR2), а также необходимые сигналы от при водят к индукции в В-лимфоците продуктивного синтеза антител.
II Ч коагрегация антигеном BCR с антителом класса G, связанным с тормоз ным рецептором на том же В-лимфоците, приводит к ингибиции син теза антител в этом В-лимфоците.
1 Ч BCR (рецептор В-лимфоцита для антигена);
2 Ч корецепторный комплекс В-лимфоцита (ТАРА-1, CD19, CR2);
3 Ч FcyRBl Ч тормозной рецептор для Fc-фрагментов иммуноглобулинов класса G;
4 Ч антиген.
сигнал с этих рецепторов не активирует, а, напротив, инги бирует клетку.
FCyRIIB экспрессируется на В-лимфоцитах. Они могут быть коагрегированы с антигеном в присутствии антител класса G (иммунными комплексами), а также антиаллотипи ческими, антиидиотипическими и антиизотипическими анти телами (рис. 6.3) и при этом активацию В-лим фоцита сигналом с BCR. Таким образом антитела (как конеч ный продукт) ингибируют продукцию самих себя.
FcyRIIB экспрессируются не только на В-, но и на Т лимфоцитах, на тучных клетках. Будучи коагрегированными, они ингибируют TCR-зависимую активацию Т-лимфоцитов и зависимую от (высокоаффинный рецептор для активацию тучных клеток.
В цитоплазматическом участке (в 3-м интрацитоплазмати ческом экзоне) ингибирующего иммунорецептора FcyRIIB идентифицирована последовательность из 13 остатков амино кислот, которую рассматривают как возможный лингибирую щий мотив Ч ITIM inhibition motif) - AENTITYSLLKHP.
FcyRIIB Ч не единственный известный на сегодня инги бирующий рецептор. Известно еще несколько, хотя многие детали их функционирования не изучены. Это киллинг-инги бирующие рецепторы NK и ЦТЛ (KIR Ч killer cell inhibitory receptors), рецептор gp49Bl на тучных клетках и NK, рецеп тор на рецептор CTLA-4 (cytotoxic T lymphocyre antigen-4) на ЦТЛ, рецептор CD94/NRG2A на NK, рецептор MAFA (mast cell-associated function antigen), ас социированный с функциями тучных клеток. Часть из них входит в состав суперсемейства иммуноглобулинов (FcyRIIB, KIR р58/р70, CD22, CTLA-4, gp49Bl), часть при надлежит к группе лектинов С-типа (CD94/NKG2A, MAFA).
Тканевая экспрессия этих рецепторов следующая. FcyRIIB Ч самый широко распространенный из всех известных рецепто ров для Fc-фрагментов иммуноглобулинов. Он экспрессирован на всех лейкоцитах. На лимфоцитах преобладает изоформа FcyRIIBl, на лейкоцитах миелоидного ряда Ч изоформа FcyRIIB2. Лигандами для FcyRIIB являются растворимые ком плексы с антигенами в действующих концентрациях по рядка миллиграмм на миллилитр. FcyRIIB способен модули ровать (ингибировать) активацию разных лейкоцитов (тучных клеток, базофилов, эозинофилов, нейтрофилов, моноцитов, дендритных клеток), опосредованную антителами разных клас сов (Е, A, G). То, что этого рецептора являются иммуноглобулины только класса G, придает этому классу особые иммунорегуляторные функции в разных иммунологи ческих реакциях и процессах. Данный рецептор единственный из ингибиторных, работающих с растворимыми лигандами, остальные имеют в качестве лигандов молекулы клеточных мембран.
CD22 экспрессирован только на В-лимфоцитах. Физиоло гические лиганды для точно не известны, известно только, что это сиалированные молекулы, присутствующие на мембранах лимфоцитов, моноцитов, нейтрофилов, эритроци тов и клеток, не относящихся к гемопоэтической ткани. Мо лекула CD22 может быть как позитивным, так и негативным корецептором для BCR на В-лимфоцитах. В цитоплазматичес ком участке CD22 нашли 1 ITAM и 3 ITIM.
CTLA-4 экспрессирован на ЦТЛ: на неиммунных ЦТЛ экспрессия минимальна, но возрастает по мере ак тивации лимфоцита с TCR. Лигандами для CTLA-4 являются мембранные молекулы CD80 (В7-1) и (В7-2). CD80 экс прессирована на В-лимфоцитах, активированных Т-лимфоци тах, моноцитах/макрофагах и дендритных клетках. экс прессирована только на активированных В-лимфоцитах и моноцитах/макрофагах. В цитоплазматическом домене CTLA- присутствует последовательность MAFA экспрессирован только на тучных клетках, причем ассоциирован с высокоаффинным рецептором для Ч Лиганд точно не известен, предполагают, что молекула лиганда содержит При коагрега ции с MAFA ингибирует активацию тучных В цитоплазматическом участке молекулы MAFA содержит одну последовательность YxxL.
KIR экспрессированы на NK и субпопуляции ЦТЛ. Эти рецепторы связывают различные молекулы MHC-I. Вариант KIR-p58 состоит из двух внеклеточных доменов и связывает антигены локуса Вариант KIR-p70 состоит из трех внеклеточных доменов и связывает антигены локуса HLA-B.
домены и р58 и р70 содержат по два повтора YxxL, разделенных 26 остатками аминокислот. В за висимости от того, с каким активирующим рецептором и на каких клетках происходит коагрегация KIR, выключается тот или иной тип клеточной цитотоксичности: с киллинг-акти вирующим рецептором (KAR) на NK Ч NK-цитотоксич ность;
с на тех же Ч антителозависимая кле точная цитотоксичность (АЗКЦТ);
с TCR Ч ЦТЛ-цитотоксич Рецептор gp49Bl экспрессируется на тучных клетках и NK.
Возможно, что gp49Bl является молекулой и лиганды для нее Ч но точно это неизвестно. В ци топлазматическом участке молекулы gp49Bl содержится два повтора YxxL/V, разделенных 18 остатками аминокислот.
на тучных клетках с активирующим ре цептором Механизмы работы негативных торов только изучаются, кратко их пока можно представить следующим образом. В случае агрегации негатив ных рецепторов (гомотипная агрегация Ч агрегация одинако вых рецепторов) или их коагрегации с активирующими ре цепторами происходит фосфорилирование по остатку тирози на ITIM, содержащихся в цитоплазматических участках ин гибирующих рецепторов. Фосфорилированные ITIM становят ся местами связывания цитоплазматических фосфатаз по их В и тучных клетках известны по крайней мере три такие фосфатазы". две протеинтирозинфос фатазы Ч и SHP-2, и инозитол-полифосфат-5-фосфа таза Ч SHIP. Эти фосфатазы противодействуют фосфорили рованию тирозинкиназ, ассоциированных с активационными рецепторами (ZAP-70 и др.) и блокируют проведение акти вационных сигналов. Вероятно, фосфатазы SHP-1 и SHP- способны блокировать начало активации лимфоцитов и туч ных клеток, а фосфатаза SHIP задействуется при ингиби уже активированных клеток.
В последние постепенно идентифицируют внутрикле точные протеины негативной регуляции. Известны уже две группы таких белков Ч of cytokine signaling) и (protein inhibitor of activated STAT). В разных работах они могут быть описаны под другими обозначениями-сино нимами.
Глава 7. ИММУННЫЙ ОТВЕТ 7.1. Определение иммунного ответа. Этапы иммунного ответа Иммунный ответ Ч это процесс взаимодействия антигена и организма, процесс решения противоречия между антигеном и организмом с участием специализированных клеток Ч лим фоцитов.
Кратко мы уже определяли:
Иммунный ответ Ч это распознавание поврежденных па тогеном клеток и тканей лимфоцитами с целью деструк ции выведения из организма.
Распознавание открытого множества антигенов Ч функция исключительно лимфоцитов. На деструкцию и элиминацию антигена лимфоциты нанимают лейкоциты общевоспали тельного назначения (все известные) и гуморальные протеа зы (систему комплемента). Некоторые субпопуляции лимфо цитов сами разрушают распознанный антиген.
Процесс иммунного ответа складывается из длинной пос ледовательности событий, которые могут развиваться с раз ными продолжительностью и интенсивностью отдельных эта пов. Для первичного иммунного ответа эти этапы следующие.
Все начинается с проникновения антигена во внутрен нюю среду организма. В природе это происходит при травмировании покровных тканей. При этом в покров ных тканях выделяются определенные вещества (стресс протеины, протеины теплового шока, цитокины кера и клеток соединительной ткани) Ч медиа торы воспаления, которые готовят почву для развития, если понадобится, лимфоцитарного им мунного воспаления. Попадание антигена без значимой травмы покровов сразу во внутреннюю среду в приро де Ч событие редкое. Это, как правило, искусственное антропогенное явление парентерального введения ве ществ или трансплантации тканей и органов.
6 - 544 Х Доиммунные защитные реакции в отношении антигена направлены на то, чтобы не пустить антиген глубже по кровов. В первую очередь это сосудистые реакции: рас ширение сосудов микроциркуляторного русла, повы шенный выпот из сосудов в ткани плазмы или сыво ротки (соответственно всех сывороточных факторов до иммунной резистентности к инфекциям) и экстраваза ция лейкоцитов, в первую очередь фагоцитов Ч нейт рофилов. Локальный отек препятствует всасыванию ан тигена в системную циркуляцию.
Проникший в покровы антиген сорбируют и поглощают эндоцитозом дендритные клетки, фагоцитируют макрофаги.
И те и другие Ч профессиональные клетки, но только дендритные клетки обладают особыми спо собностями Ч мигрируют из покровов с антигеном в регио нарные лимфоидные органы. По дороге дендритные клетки процессируют антиген, экспрессируют на мембрану комплек сы пептидов с и и необходимые корецеп торные молекулы, с помощью которых они смогут вступить в эффективное взаимодействие с Т-лимфоцитами в Т-зави симых зонах периферических лимфоидных органов. Кроме антигенпредставляющих клеток, в покровных тканях антиге ны встречают внутриэпителиальные лимфоциты (IEL), среди которых много, распознающих непептидные антигены без процессинга и презентации антигенпред ставляющими клетками. Под покровами, в плевральной и брюшной для перехвата широко распространенных микробных антигенов существуют антитела с широкой пере крестной реактивностью Ч продукты Неперехваченный в барьерных тканях антиген, всосав шийся в системную циркуляцию, если он опасен для орга низма, сразу начнет приносить вред. Шанс на развитие им мунного ответа на него обусловлен тем, что есть такой лим фоидный орган, как селезенка, через которую проходит весь объем крови за цикл циркуляции, и антигенпредставляющие клетки в синусоидах селезенки (дендритные клетки и макро фаги) будут пытаться сорбировать антиген.
А Пришедшие в лимфатические узлы дендритные клетки с антигеном (их называют дендрит ные клетки в отличие от иных, фолликулярных, денд ритных клеток) располагаются в Т-зависимых зонах и представляют антиген для рассмотрения интенсивно мигрирующим Т-лимфоцитам. Среди Т-лимфоцитов рано или поздно найдется такая клетка, у которой рецептор для антигена окажется комплементарным данному ан тигену (т.е. свяжет антиген/МНС с константой диссоци ации по абсолютной величине показателя степени не ниже чем М). Если при этом состоятся все необходимые и достаточные корецепторные взаимодей клеткой (см. рис. 5.10), то Т-лимфоцит получит активационный сигнал, и с этого момента начнется собственно иммунный ответ Ч лимфоцитарный.
Т-лимфоцит начнет пролиферировать и дифференциро ваться. В результате образуется клон антигенспецифич ных дифференцированных Т-лимфоцитов. Такие Т-лим фоциты уже называют иммунными лимфоцитами, лимфо цитами-эффекторами. В процессе дифференцировки Т лимфоцит экспрессирует в надлежащем количестве мем бранные молекулы и цитокины, необходимые для вза имодействия с В-лимфоцитами, или для атаки на клетки-мишени.
В зонах периферических лимфоидных орга нов происходит взаимодействие активированных антиге ном Т-лимфоцитов с активированными антигеном В лимфоцитами.
Провзаимодействовавший с антигеном и с Т-лимфоци тами В-лимфоцит мигрирует в зону фолликула, где про лиферирует и дифференцируется в антителопродуцента Ч плазматическую клетку. Сюда же, на территорию фол ликула, мигрируют и на которых в результате взаимодействия с активированными антиге ном В-лимфоцитами экспрессируется особый рецептор в хемокину Ч обеспечивающий избирательное движение на территорию фолликула. Первые плазмати ческие клетки остаются в лимфатическом узле, и сек ретируемые ими антитела в значительном количестве остаются здесь же Ч на Fc-рецепторах фолликулярных дендритных клеток (FDC). V-области этих антител свя зывают свой антиген. В таком виде, в комплексе с анти телами, фиксированными на FDC, антиген может ос таваться на территории лимфоидного фолликула в те чение продолжительного времени (может быть месяцы и годы). Здесь, в фолликулах, при взаимодействии с этим антигеном пойдет процесс созревания аффинности антител, т.е. соматического гипермутагенеза генов V-об ласти иммуноглобулинов и отбора (положительный сиг нал на выживание) В-лимфоцитов с наиболее аффинными вариантами антител Ч только они и будут выживать и пролиферировать при вторичном иммунном ответе.
Иммунные В-лимфоциты, дифференцировавшиеся в плазмоциты, уходят из фолликулов лимфоидных орга нов и мигрируют преимущественно в костный мозг или слизистые оболочки, где и лотрабатывают массовую продукцию секретируемых в кровь или в слизистые сек реты антител. Плазмоциты из В-лимфоцитов лимфоид ной ткани слизистых оболочек, продуцирующие анти тела класса А (а также, вероятно, в определенной мере и Е), предназначенные для экскреции в слизистые эк зосекреты, остаются для массовой продукции иммуно глобулинов в слизистой оболочке.
Х Иммунные (ЦТЛ, Th2) выходят из регионарных лимфатических узлов через эф ферентные лимфатические сосуды, попадают в грудной лимфатический проток и оттуда в системную циркуля цию. Дальше они мигрируют через кровь в очаг воспа ления в месте проникновения или диссеминации пато гена: молекулы адгезии на иммунном лимфоците иные, чем на неиммунном. Иммунный лимфоцит лузнает эн дотелий сосудов микроциркуляции именно в очагах по вреждения тканей и воспаления. Там TCR, если нахо дит, то связывает свой антиген, что активирует лимфо цит. Состояние активации в данном случае заключается в усиленном биосинтезе и секреции эффекторных мо лекул. В случае ЦТЛ это молекулы, обеспечивающие убийство клеток-мишеней, в случае Thl Ч это цитокины, нанимающие для деструкции антигена лейкоциты (макрофаги, эозинофилы, тучные клетки, базофилы, нейтрофилы).
Связанный антиген подвергается фагоцитозу и разруше нию гидролитическими ферментами, кислородными ра дикалами, радикалами окиси азота до мелких метабо литов, которые экскретируются из организма через си стемы выделения (почки, ЖКТ).
Х Организм санирован Ч первый результат достигнут.
Х Супрессия иммунного ответа Ч остановка продуктивно го иммунного ответа после санации организма от пато гена/антигена.
Второй результат лимфоцитарной иммунной реакции Ч иммунологическая память.
7.2. Иммунологическая память Доиммунные механизмы не запоминают свою реакцию на антиген (патоген): он попадает в организм первый раз или десятый Ч реакция будет одинаковой (при одинаковом общем состоянии здоровья организма). Лимфоци тарный иммунитет запоминает. Феномен иммунологической памяти проявляется в том, что в случае успешного иммун ного ответа при первом попадании патогена в организм, при его повторных попаданиях санация наступает существенно быстрее и эффективнее и патоген не успевает вызвать пато логический инфекционный процесс. Это и называют протек тивным, т.е. защищающим от болезни иммунитетом.
В основе феномена иммунологической памяти, по-видимому, лежат два явления:
При первом иммунном ответе произошло размножение лимфоцитов антигенспецифичного клона и не все из них израсходованы в текущем иммунном ответе, не все претерпевают апоптоз в результате AICD. Часть лимфо цитов клона замораживается и персистирует в орга низме в течение неопределенного времени (для различ ных антигенов время очень разное Ч от нуля до пожиз ненного).
Лимфоциты памяти существенно меньше, чем неиммун ные лимфоциты, нуждаются в медиаторах доиммунного воспаления и в костимуляторных сигналах, чтобы на чать иммунный ответ на свой антиген, и могут начать его вне воспаления или при минимальных симптомах воспаления.
Несмотря на то что как клинический феномен лиммуно логическая память был известен с древних времен (мы уже писали о практике иммунизации у античных греков и китай цев), клеточные и механизмы им 1 дней 12 20 дней дня дней А Время 1-е введение 2-е введение Случайное попадание малой антигена антигена дозы антигена в организм через несколько месяцев или лет Первичный иммунный ответ, вторичный иммунный ответ и ответ иммунологической памяти.
Такого рода соотношение величин первичного иммунного ответа, вторичного иммунного ответа и ответа иммунологической памяти бывает при введении в организм неразмножающихся антигенов (неживых микробов). Ответ иммуно логической памяти возникает не всегда, и интенсивность его весьма различна в разных случаях. Ч первичный иммунный ответ;
2 Ч вторичный иммунный ответ;
3 Ч ответ иммунологической памяти.
Таблица 7.1. Параметры В-лимфоцитов при первичном и вторичном иммунном ответе Параметр При первичном При вторичном ответе ответе Частота встречаемости антигенспецифичных В-лимфоцитов в лимфоидных тканях Изотип продуцируемых IgG, IgA, IgE антител Аффинность антител Низкая Высокая ft мунологической памяти до настоящего времени неизвестны.
Неизвестно, почему на какие-то антигены иммунологическая память остается, на какие-то нет, на какие-то надолго, на ка кие-то быстро исчезает, и у различных особей Ч по-разному.
Поэтому в настоящее время прогнозы результатов вакцина ции Ч только эмпирические и статистические, но персональ но их нельзя составить разумно при нынешнем уровне зна ний. Одно из сомнений заключается в том, что, возможно, продолжительная иммунологическая память сохраняется лишь в тех случаях и на тот период времени, когда и пока в орга низме остается персистирующий антиген в виде латентной инфекции.
Соотношение первичного иммунного ответа, вторичного ответа и ответа иммунологической памяти схематически по казано на рис. 7.1.
Параметры вторичного ответа по В-лимфоцитам в срав нении с первичным иммунным ответом приведены в табл. 7.1.
Т-лимфоциты памяти отличаются от зрелых неиммунных Т-лимфоцитов и по частоте встречаемости антигенспецифич ного клона в лимфоидной ткани (больше в 10Ч100 раз), и по экспрессии ряда мембранных молекул. Главное, что Т-лим фоциты памяти существенно чем впервые активиру емые к иммунному ответу лимфоциты, нуждаются в кости мулирующих воздействиях и поэтому быстрее и легче выхо дят в продуктивную эффекторную фазу иммунного ответа.
Сравнительная экспрессия мембранных молекул на неиммун ных зрелых Т-лимфоцитах и на Т-лимфоцитах памяти приве дена в табл. 7.2.
Молекула CD45 Ч это трансмембранная тирозинфосфата за, состоящая из одной полипептидной цепи. Ген CD45 име ет не менее 7 экзонов, 3 из которых, А, В и С, кодируют часть внеклеточного участка молекулы и могут подвергаться альтернативному сплайсингу на уровне первичного транскрип 7.2. Относительная экспрессия мембранных молекул на зрелых неиммунных лимфоцитах и Т-лимфоцитах памяти Относительный уровень экспрессии Мембранная молекула неиммунные Т-клетки памяти основные функции Т-клетки LFA-3 (CD58), для 1 CD2;
участвует в адгезии и подаче сигнала CD2, участвует в адгезии и активации (CDlla/CD18), участ- 1 = вует в адгезии и активации VLA-4, обеспечивает homing в ткани CD44, обеспечивает homing 1 ~ в ткани изоформа 1 =20- мембранной тирозинфосфата зы CD45 с наименьшей мол.
массой CD45RA, изоформа 10 мембранной тирозинфосфата зы CD45 с наибольшей мол.
массой L-селектин, homing в лимфа- Много На некоторых тические узлы много, на неко торых мало CD3, инвариантный 1 компонент TCR та РНК. Изоформа CD45RA содержит пептидные всех 3 экзонов А, В и С, поэтому она имеет наибольшую молеку лярную массу. CD45RA экспрессируется на неиммунных зре лых Т-лимфоцитах, и на них этот фермент не ассоциирован в мембране ни с ни с корецепторами. В иммунных Т лимфоцитах экзоны А, В и С удаляются альтернативным сплайсингом РНК, и в белок транслируется легкая изоформа Но главное, что в иммунных Т-лимфоцитах эта ти розинфосфатаза уже не независимо присутствует где-то на мембране клетки, а ассоциирована с TCR и корецепторами и способствует существенному снижению (на два порядка и более) порога на активацию лимфоцита антигеном (рис. 7.2).
В описанной выше последовательности событий иммунно го ответа не учтен целый ряд параметров: химическая приро да антигена (патогена), доза антигена и его способность к размножению внутри организма, входные ворота, влияние антигена на другие системы организма (нервную, эндокрин CD45RA в 7 экзонов в ДНК 7 экзонов в - TCR CD экзонов в ДНК Первичный транскрипт РНК Альтернативный сплайсинг 4 в мРНК 7.2. Структура изоформ молекулы CD45 на неиммунных Т-лимфо цитах и Т-лимфоцитах памяти.
А. В зрелом неиммунном Т-лимфоците все 7 экзонов CD45 в ДНК транскрибируются в РНК и транслируются в большой белок (тяжелая изоформа молекулы на неиммунных лимфоцитах);
молекулы TCR, CD45 и CD разобщены в мембране клетки. Б. В иммунных Т-лимфоцитах в результате альтернативного сплайсинга РНК CD45 выщепляются 3 экзона и в белок транслируются только 4 оставшихся (легкая изоформа CD45R0 у иммунных лимфоцитов);
молекулы TCR, CD45, CD4 приближены друг к другу в мембране клетки.
ную и др.), наличие адъювантов и т.д. В реальной ситуации все это имеет значение и, более того, определяет как саму возможность развития иммунного ответа, так и его качество, и преобладание тех или иных эффекторных механизмов им мунитета (антителозависимые процессы, ЦТЛ, макрофагзави симые процессы, процессы и т.д.). Раз нообразие конкретных форм иммунного ответа описано в гла ве 8. Здесь же подчеркнем два специфичных именно для им мунного ответа процесса Ч признака, позволяющего отличить иммунный ответ от других защитных биологических механиз мов, несмотря на тесное переплетение и взаимосвязи одного с другим в едином организме: это пролиферация лимфоцитов и иммунологическая память.
7.3. Взаимодействия клеток в иммунном ответе В процессе развития иммунного ответа происходят взаимодей ствия разных клеток друг с другом: клеток покровных тканей с лимфоцитами, лимфоцитов с эндотелием стенки сосуда, Т лимфоцитов с антигенпредставляющей клеткой, та с В-лимфоцитом, Т-лимфоцитов с лейкоцитами, лимфо цитов и лейкоцитов с межклеточным матриксом и т.д.
Каковы механизмы взаимодействия клеток друг с другом внутри многоклеточного организма? Известны по крайней мере два и их варианты.
А Межклеточные контакты мембранами Ч адгезия клеток:
мембранные молекулы одной клетки комплементарно связываются с мембранными молекулами другой клет ки.
Х Одна клетка синтезирует и секретирует растворимое ве щество, на мембране клетки(ок) есть моле кула, способная комплементарно связать именно это вещество (рецептор Ч по определению). Цитоплазмати ческие связи рецептора обеспечивают проведение сиг нала внутрь клетки, вызывающее определенные измене ния внутриклеточного метаболизма, которые называют реакцией клетки (или биологическим эффектом).
Во втором варианте есть два существенно разных подвари анта Ч дистантные и локальные взаимодействия.
Х Дистантно осуществляются взаимодействия нервной си стемы с другими клетками организма и взаимодействия эндокринных гормонов с клетками-мишенями.
Х Локально осуществляется множество межклеточных вза имодействий, в том числе в процессе развития иммун ного ответа. В последнем случае растворимые вещества или медиаторы называют цитокинами (от греческих кор ней цито Ч клетка и кинос Ч движение, изменение, т.е. вещества, предназначенные вызывать изменения в клетках-мишенях). В отличие от контактных взаимодей ствий мембранными молекулами, которые достаточно инертны во времени, взаимодействия с помощью ци токинов гораздо более быстрые, оперативные, динамич ные.
Уточним понятие комплементарного взаимодействия. Это строгое химическое и количественное понятие. Между двумя молекулами устанавливаются химические связи 4 типов: ион ные, водородные, ван-дер-ваальсовы и гидрофобные. Сила связи характеризуется константой диссоциации (К.). Для вза имодействия с антигенами должна иметь показатель степени по абсолютной величине не ниже 7, т.е. М. Для связи пептидов-антигенов с молекулами MHC-I/II характерна порядка М. Для связей цитоки нов с рецепторами для цитокинов составляет М, приводится и М. Чем больше по абсолютной величине показатель степени в значении константы диссоциации, тем при меньших концентрациях действующего вещества достига ется значимый биологический эффект. Из всех известных био логически активных веществ (по крайней мере из имеющих значение для иммунологии) для цитокинов наибольшие, что свидетельствует о высокой биологической активности низких концентраций цитокинов.
7.3.1. Молекулы межклеточной адгезии Номенклатура молекул межклеточной адгезии, используемая в настоящее время, не рациональная: для одной и той же мо лекулы существует более чем одно обозначение. Названия, как правило, отражают экспериментальную систему, в которой молекула была впервые идентифицирована. Это мешает логи ке классификации. Тем не менее по структурному принципу выделяют 4 семейства молекул межклеточной адгезии (табл.
7.3).
1) селектины;
2) муциноподобные васкулярные адрессины;
3) интегрины;
4) молекулы из суперсемейства иммуноглобулинов (IgSF Ч superfamily).
Селектины Ч молекулы на поверхности лимфоцитов и лейкоцитов, а также эндотелия, которые обеспечивают изби рательный (селективный) homing определенной клетки через стенку сосуда в определенной ткани. Общим в молекулярной структуре селектинов, которые представляют собой одну трансмембранную полипептидную цепь, является наличие во внеклеточной части лектиноподобного домена. Лектины Ч белки, способные комплементарно связывать сахара.
Лигандами для селектинов являются так называемые адрес сины Ч муциноподобные молекулы на поверхности эндотелия.
Адрессины CD34 и экспрессированы на клетках клеток Таблица 7.3. Молекулы адгезии Семейство, Название На каких клетках Лиганд типичная конкретных структура, молекул основное биологическое L-селектин Неиммунные (CD62L) лимфоциты;
сульфатирован Начинают некоторые ный сиалил взаимодействие лимфоциты между лейкоци памяти;
GlyCAM-1;
том и эндотели нейтрофилы. CD34;
ем сосуда Моноциты;
MAdCAM- эозинофилы Р-селектин Активирован (CD62P) ный эндотелий.
Тромбоциты Е-селектин Активирован (CD62E) ный эндотелий Муциноподобные CD34 Эндотелий. L-селектин васкулярные Стволовые кроветворные клетки Связывают L-селектин при же инициации эндотелий взаимодействия венул с Эндотелий L-селектин;
эндотелием венул в слизис тых оболочках Интегрины ICAM-1;
макрофаги, ICAM-2;
Связывают раз Т-лимфоциты, ICAM- ные молекулы дендритные адгезии на клет клетки, ках и молекулы нейтрофилы внеклеточного матрикса.
Нейтрофилы, ICAM-1;
Обеспечивают CR3;
iC3b;
сильное 18) макрофаги фибронектин связывание Дендритные iC3b клетки, CD11C/CD18;
макрофаги, нейтрофилы Лимфоциты, л A (VLA-4;
макрофаги CD49d/CD29) Продолжение таблицы Семейство, Название На каких клетках Лиганд типичная конкретных экспрессированы структура, молекул основное биологическое Фибронектин макрофаги (VLA-5;
CD49d/CD29) Лимфоциты (LPAM-1) Интраэпите- Е-кадхерин лиальные лим фоциты (IEL) Суперсемейство CD2 (LFA-2) Т-лимфоциты LFA- иммуноглобулинов ICAM-1 -Лимфоциты, LFA-1, Лиганды для (CD54) дендритные интегринов клетки, активи рованный эндотелий ICAM-2 LFA- (CD102) эндотелий, дендритные клетки ICAM-3 Лимфоциты LFA- (CD50) LFA-3 (CD58V Лимфоциты, CD клетки Активирован- VLA- ный эндотелий высокого эндотелия посткапиллярных венул в лимфатических узлах. САМ Ч cell adhesion molecules (молекулы клеточной адгезии). Адрессин MAdCAM-1 (mucosal adressin cell adhesion экспрессирован на эндотелии сосудов в слизис тых оболочках и ловит лимфоциты, предназначенные для функционирования в слизистых оболочках. Селектины и ад рессины обеспечивают относительно слабую адгезию клеток, достаточную для селективной остановки клетки в нужном органе, но недостаточную для проникновения сквозь стенку сосуда и миграции по межклеточному матриксу (рис. 7.3). Для более сильных взаимодействий нужны интегрины и молеку лы Молекулы этих же семейств обеспечивают взаимо лейкоцита LFA-1 Ток крови IL-8R а CD31, Прилипание лейкоцита Диапедез лейкоцита 7.3. Этапы процесса экстравазации лимфоцитов и лейкоцитов из крови в ткани.
А. Стадия роллинга: лейкоцит причаливает к эндотелию в результате взаи модействий молекул Е-селектина на эндотелии с молекулами S-Le* на лейко ците и катится вдоль стенки сосуда (rolling). Б. Стадия прилипания: между лейкоцитом и клетками эндотелия устанавливаются дополнительные, более сильные взаимосвязи через молекулы и В. Стадия диапедеза: на лейкоците экспрессируются молекулы CD31 (те же, что обеспе чивают контакт между клетками эндотелия), и лейкоцит с их помощью внедряется в межэндотелиальную связь и проникает сквозь стенку сосуда в ткань (диапедез).
связи лимфоцитов с антигенпредставляющими клетками и в дальнейшем лимфоцитов-эффекторов с их клетками-мишеня ми или клетками-партнерами.
Все Ч гетеродимеры, состоящие из более круп ной л-цепи и меньшей по размеру Интегрины груп пируются в подсемейства на основании общей Их два варианта Ч и К интегринам принадлежат молекулы LFA 1,2,3 (lymphocyte function-associated 2 и 3). Ч наиболее важный интегрин для активации любого Т-лимфо цита, так как антитела к LFA-1 способны блокировать акти вацию как неиммунных, так и иммунных Од нако анализ врожденных генетических дефектов молекул ад гезии у человека показывает, что другие интегрины, напри мер CD2 и из подсемейства способны компенсировать от сутствие LFA-1. VLA (very late activation antigens) Ч поздние антигены активации. Эти интегрины экспрессируются на Т лимфоцитах на сутки от начала активации и имеют наибольшее функциональное значение для проникновения уже иммунного Т-лимфоцита в очаг воспаления, ему над лежит организовать санацию от антигена.
Суперсемейство иммуноглобулинов включает в себя собствен но иммуноглобулины, рецептор Т-лимфоцитов для антигена (TCR), корецепторные молекулы Т-лимфоцитов CD4, CD8 и В-лимфоцитов 19, инвариантные домены молекул МНС, а также ряд молекул межклеточной адгезии Ч ICAM (itercellular adhesion 2 и 3). и ICAM-2 экспрессированы и антигенпредставля ющих клетках. ICAM-3 экспрессирована только на лейкоци тах и играет существенную роль при взаимодействии Т-лим фоцитов с антигенпредставляющей клеткой.
Неиммунные Т-лимфоциты, попав в Т-зависимую зону лим фатического узла (и любого другого периферического лимфо идного органа), активно, но обратимо прилипают ко всем доступным антигенпредставляющим клеткам благодаря взаи модействиям LFA-1, CD2 и ICAM-3 на Т-лимфоците с ICAM-1, ICAM-2, LFA-1 и LFA-3 на антигенпредставляющей клетке. Во время этого прилипания TCR пытается узнать свой комплекс пептид Ч Если узнавание произошло, то сигнал с TCR и корецептора (CD4 или CD8) идет в клет ку, и среди прочих последствий этого сигнала ранним явля ется изменение конформации молекулы LFA-1, усиливающее ее связь с ICAM-1 и ICAM-2. Связь между Т-лимфоцитом, узнавшим свой антиген, и антигенпредставляющей клеткой поддерживается несколько дней, во время которых происхо дит пролиферация клона Т-лимфоцитов. Дочерние клетки клона также прилипают к антигенпредставляющей клетке на все время, пока идет их дифференцировка в лимфоциты-эф фекторы.
Существенная закономерность развития иммунного ответа состоит в том, что одного только факта связывания рецептора для антигена с антигеном недостаточно для того, чтобы лим фоцит активировался к иммунному ответу (т.е. начал проли ферировать и дифференцироваться). Недостаточно для актива ции и описанных выше адгезивных взаимодействий, недоста точно и корецепторных связей CD4 или CD8 с МНС. Все перечисленное необходимо. Но для того чтобы начался процесс пролиферации лимфоцита, необходимо еще одно взаимодей ствие Т-лимфоцита с той же антигенпредставляющей клет кой: это взаимодействие молекулы В-7 на антигенпредставля ющей клетке с молекулой CD28 на Т-лимфоците. Известно две разновидности молекулы В-7: (CD80) и (CD86). Структурно они подобны Ч это гликопротеины, го модимеры, принадлежат к CD28 тоже гомодимер и при надлежит к IgSF. Таким образом, экспрессия молекул В-7 Ч важнейший признак профессиональных антигенпредставляющих клеток.
Таблица 7.4. Пары участвующие в при взаимодействии с клетками Рецепторы на Т-лимфоците Лиганды на антиген представляющих клетках CD28 В7.1 (CD80);
В7.2 (CD86) CTLA-4 152) В7.1 (CD80);
В7.2 (CD86) (негативный CD40L 154) CD ОХ HSA HSA (термостабильный антиген) LFA-1 ICAM-1 (CD54);
ICAM- (CD102);
ICAM-3 (CD50) CD2 LFA-3 (CD58) VLA- 106) CD CD95 (Fas) FasL CD99 находится в процессе изучения. Поликлональная сти муляция Т-лимфоцитов in vitro антителами к CD3 плюс антителами к CD индуцирует повышение внутри клеток уровня свободного а также биосинтез и что характерно для Воздействия на Th при этом не выявлено.
Результаты стимуляции Т-лимфоцитов через молекулу Fas зависят от ста дии развития Т-лимфоцита: если антителами к плюс антителами к молекуле Fas воздействовать на неиммунный Т-лимфоцит, то произойдет индукция апоптоза. Если той же парой антител воздействовать на иммун ный Т-лимфоцит памяти, то сначала будет индуцирована пролиферация лимфоцита, затем лимфоцит претерпит индуцированную активацией клеточ ную смерть (AICD). Если на неиммунные Т4-лимфоциты воздействовать указанной парой антител, но в присутствии IL-4, то эти лимфоциты также сначала пролиферируют наподобие лимфоцитов памяти.
Более известные пары вовлекаемые в процессы костимуляции лимфоцитов со стороны антигенпред ставляющих клеток, представлены в табл. 7.4.
7.3.2. клетки Существенное различие между антигенраспознающими моле кулами иммуноглобулинов и антигенраспознающими молеку лами рецепторов Т-лимфоцитов состоит в том, что иммуно глобулины (антитела) связывают нашивные молекулы антиге нов, тогда как не связывают нативные антигены, но способны лувидеть и связать только определенные структу ры на поверхности клеток своего организма, а именно комп лексы молекул с пептидами, т.е. до Т-лимфоцита и для Т-лимфоцита антиген поглощают, перерабатывают и экспрес сируют на своей поверхности другие клетки. Эти клетки на зывают профессиональными антигенпредставляющими клетками (АПК). Таких клеток у человека и млекопитающих 3 типа:
Х дендритные клетки костномозгового происхождения;
Х В-лимфоциты;
Х макрофаги.
7.5. Свойства профессиональных клеток Тип АПК дендритная макрофаг клетка Способ Рецептор- Фагоцитоз поглощения Вирусная опосредованный антигена инфекция Экспрессия Конститутивная Конститутивная, Индуцируемая молекул МНС возрастает при бактериями или активации от цитокинами от - до +++ +++ ++++ КостимуляторнаяКонститутивная Индуцируемая Индуцируемая активность Ч +++ Ч +++ ++++ Какие антигены Белки. Растворимые Фагоцитируемые представляют Аллергены антигены, антигены (пар вирусные тикулярные, антигены вирусные бактериальные) антигены Локализация в Барьерные Лимфоидные Соединительная организме ткани, органы, пери- ткань и парен ферическая хима всех со органы кровь лидных органов и полостей Если лимфоцит свяжет рецептором специфический анти ген, но не получит одновременно и от той же АПК ляторный сигнал В-7 Ч CD28, то не просто не начнется активация лимфоцита, а произойдет такое изменение состоя ния лимфоцита, которое называют анергией. Лимфоцит в со стоянии анергии рефрактерен к возможной стимуляции. Эта закономерность лежит в основе так называемой периферичес кой толерантности Т-лимфоцитов к тканям собственного Характеристика АПК представлена в табл. 7.5.
После того как Т-лимфоцит пройдет несколько циклов на его мембране происходит экспрессия еще одного лиганда для тех же молекул В-7 (мы о нем уже писа ли в главе 6). Это молекула CTLA-4. CTLA-4 связывает В-7 с существенно большей (примерно в 20 раз) аффинностью, чем молекула CD28, но CTLA-4 посылает в клетку негативный сигнал и тем самым останавливает пролиферацию антиген специфичного клона. Мыши с knock-out по гену CTLA-4 по гибают от лимфопролиферативных процессов.
7.3.3. Цитокины Мы уже определили цитокины как множество разнообразных биологически активных молекул, секретируемых клетками с целью воздействия через специфические рецепторы для каж дого из цитокинов на рядом расположенную клетку (или на себя же).
Цитокины отличаются и множественностью, и разнообра зием структуры, и еще многими свойствами и от нейромеди аторов, и от гормонов внутренней секреции. В отличие от контактных взаимодействий клеток мембранными молекула ми взаимодействия посредством цитокинов более динамичные и оперативные благодаря определенным особенностям синте за, секреции и рецепции цитокинов. В отличие* от гормонов внутренней секреции в норме цитокины практически не по падают в системную циркуляцию и действуют локально в тканях в месте их выработки.
Для цитокинов характерны следующие общие свойства.
Цитокины Ч это как бы лэсперанто в межклеточном общении. Одноименные цитокины продуцируются клет ками разной тканевой дифференцировки. И рецепторы для одноименных цитокинов экспрессированы на клет ках различной тканевой дифференцировки. Таким обра зом клетки разных тканей говорят друг с другом и могут быть услышаны друг другом. Именно посред ством цитокинов в первую очередь система лимфоци иммунитета сращена с другими биологически ми системами резистентности к инфекциям и со всем организмом в целом. Хотя в целостной интеграции уча ствуют, очевидно, и нервная и эндокринная системы что мы рассмотрим ниже.
Цитокины в подавляющем большинстве случаев Ч это близкодействующие медиаторы локальных взаимодей ствии клеток в очагах тех или иных процессов в тка нях, даже пары клеток. В зависимости от известных па раметров иррадиации эффектов цитокинов выделяют аутокринные эффекты (на саму клетку, секретировавшую цитокин) и паракринные эффекты (на рядом располо женные клетки). Есть и эндокринные эффекты, е дис тантные, их еще называют системными, так как при этом цитокин достигает клетки-мишени, циркулируя с только для Цитокинов и не у ровых организмов, а при тяжелой системной патологии типа септического шока. Системные эффекты цитокинов мы опишем особо.
Цитокины не депонируются в клетках, а синтезируют ся импульсно по запросу, начиная с транскрипции цитокина с соответствующего гена. Единственное известное - депонирование небольших ко личеств в гранулах тучных клеток. Но TNF претендует быть исключением и в других отношениях Возможно еще IL-1 депонируется в некоторых количе ствах в кератиноцитах.
Матричная РНК цитокинов короткоживущая что объясняет транзиторный характер их продукции клеткой" они вырабатываются вскоре после получения запроса на их продукцию и недолго.
Для цитокинов характерна взаимосвязь друг с другом по типу салочек или передай другому: воздействие од ного цитокина на клетку вызывает выработку этой клет цитокинов. Это явление называют вым каскадом.
Прежде чем описать биологические свойства цитокинов, мы хотели бы уточнить При рассмотрении ббиологических эффек что один и тот же цитокин может вызывать разные вплоть до противоположных, эффекты в раз ных клетках. Вот в этом случае и надо что поня биологического эффекта относится не к цитокину Цито клетки-мишени - это только и всего лишь внешний Что произойдет с клеткой после свя и есть биологи эффект), зависит от внутренней программы клетки-мишени. В дальнейшем мы реблять выражения типа линтерферон-гамма активирует мак рофаги, чтобы говорить короче, но это надо понимать пра вильно: для конкретной системы отношений макрофаг, име ющий рецептор для интерферона-гамма и внеклеточного ин терферона-гамма, известно, что наступающее биологическое последствие связи с рецептором для IFN-y заключает ся в существенной активизации внутриклеточной биохимичес кой машины макрофага, индукции определенных ферментов и Учитывая сказанное, рассмотрим основные функциональные группы По функциональному предназначению с известной долей относительности выделяют 4 группы.
Медиаторы доиммунного воспаления. Их продуцируют главным образом клетки покровных тканей, в первую очередь тканевые макрофаги в ответ на прямое раздра жение микробными продуктами. Это TNF-, IFN- и IFN-, IL-1, 6 и 12, хемокины.
Регуляторы активации, пролиферации и дифференцировки лимфоцитов. Их продуцируют главным образом сами лимфоциты, начиная с внутриэпителиальных лимфоци тов покровных тканей, а также особые минорные суб популяции Т-лимфоцитов типа и на более поздних этапах основные субпопуляции Т-лимфо цитов: IL-4, и 2, TGF-.
Регуляторы иммунного воспаления. Их продуцируют зре лые иммунные Т-лимфоциты (некоторые Ч антиген представляющие клетки) и посредством этих цитокинов Т-лимфоциты нанимают лейкоциты общевоспалитель ного назначения на деструкцию лимфо цитами антигена. К ним мак рофагов и NK);
LT (активатор IL-5 (ин дуктор и эозинофилов);
IL-9 (активатор туч ных активности макрофагов);
IL-12 и NK).
Факторы роста клеток Ч предшественников Их продуцируют как клетки стромы костного мозга, так и активированные лимфоциты и макрофаги. Это: IL- (фактор роста ранних предшественников лейкоцитов, его еще называют мульти-CSF);
IL-7 (фактор роста пре В- и пре-Т-лимфоцитов при лимфопоэзе);
(фак тор роста мегакариоцитов);
GM-CSF (гранулоцит-моно цит-колониестимулирующий фактор Ч фактор роста клеток Ч предшественников гранулоцитов и моноцитов/ макрофагов);
(фактор роста моноцитов/макрофа гов);
SCF (stem-cell growth factor, его второе название Ч c-kit-лиганд) Ч основной фактор роста для тучных кле ток. Рецептор для него, или c-kit, был открыт как онкоген.
Таблица 7.6. Биологические эффекты в моделях на мышах Действие на различные клетки-мишени Цитокин Т-субпопу- Что происходит при knock-out дуцент Т-лимфоциты макрофаги лейкоциты другие гена цитокина клетки тела IL-2 ТЫ, ThO, Стимулирует Стимулирует Стимулирует Снижены некоторые пролифера- пролифера >ера- Т-клеточные цию;
стиму- цию К реакции лирует син тез J-цепи молекулы Ig INF-y Дифферен- Апоптоз (?) Активация, Активация Ингибиция Возрастает цировка и возрастание NK пролифера- к переключение экспрессии ции, в инфекциям синтеза Ig числе виру на IgG2a мнс-п сов;
MHC-I, мнс-п Лимфотоксин ТЫ, Ингибирует Апоптоз Активирует;
Активирует Апоптоз Отсутствие некоторые пролифера индуцирует нейтрофилы опухолевых лимфатичес цию и NO-синтазу клеток и ких узлов;
ференцировку фибробластов дезорганиза ция структу ры селезенки Стимулирует Выживание Ингибирует Стимулирует Th2;
Полное дифференци- и дифферен- активацию дифференци- отсутствие TCRVCD ровку: пере- цировка Th2 ровку тучных /CD8- Th ключение клеток на классы и G1;
Стимулирует Стимулирует Th дифференци- пролифера ровку и био- цию и диф синтез ференцировку эозинофилов t Th2 Ингибирует Ингибирует Костимулятор пролифера продукцию ции предше ровку Thl ственников тучных кле ток Фактор роста Th2, ранних пред некоторые шественников всех ростков миелопоэза Фактор неко- Активирует, Резистент индуцирует к некроза торые Th2 и септическому опухолей NO-синтазу (TNF-) шоку, вы званному грамотрица тельными бактериями Продолжение таблицы Действие на различные клетки-мишени Что происходит при knock-out дуцент макрофаги лейкоциты другие гена цитокина клетки тела ?
некото- Стимулирует Ингибирует Активирует Усиливает Х Гранулоцит моноцит- рые пролифера- пролифера цию ровку цию и ференцировку фактор макрофагов и дендритных клеток Трансформи- (Th3) Ингибирует Ингибирует Активирует Стимулирует Смерть в пролифера- активацию рующий пролифера- возрасте фактор роста цию;
пере- цию фибро- около 10 нед (TGF-) ключает син- бластов тез иммуно глобулинов на Приведем данные о биологических эффектах в разных клет ках-мишенях наиболее охарактеризованных цитокинов Т-лим фоцитов (табл. 7.6).
7.3.3.1.
Хемокины Ч специального назначения: они воспаления лимфоциты и лейкоциты из циркулирующей крови. невелики, состо аминокислотных остатков.
ством межклеточного матрикса, с одной и обратимо связывать свои молекулы-лиган ды на мембране с другой. Хемокин диффун дирует по матриксу, при градиент концентрации, нарастающей по к месту продукции хемокина. Нужный лейкоцит прыгает по молекулам хемокина, фиксированным на матриксе, как с кочки на кочку.
ящее время идентифицировано не менее особенностям химической структуры, а именно по конфигурации остатков цистеина (в однобуквенном обозна чении С) в N-конце молекулы хемокины делят минимум на 6 групп (семейств):
Х СС Ч содержат два остатка цистеина подряд;
Х Ч содержат в том же месте два остатка ци стеина, разделенных вариабельной аминокислотой (X), перед ними расположены остатки глутамина (Е), лей цина (L), аргинина (R) Ч такие хемокины являются для нейтрофилов;
Х Ч содержат в том же месте два остатка ци стеина, разделенных вариабельной аминокислотой перед ними расположены другие аминокислоты (не Ч такие хемокины являются аттрактант ными для лимфоцитов;
Х С Ч содержит один остаток цистеина в гомологичном месте молекулы;
Х СХХХС (или СХЗС) Ч содержат два остатка цистеина, разделенных какими-либо 3 аминокислотными остатка ми;
Х 6-цистеин-СС Ч содержат, кроме двух остатков цистеи на, еще один остаток цистеина в 6-м положении.
Приведем краткую характеристику ряда хемокинов с ука занием рецепторов для них, если они известны (табл.
Рецепторы для хемокинов в последние привлекают к себе особое внимание: появились факты, свидетельствующие о том, что вирус иммунодефицита человека (по крайней мере некоторые его квази-виды) пользуется некоторыми указан Таблица 7.7. Хемокины и их рецепторы Семейство Хемокины Хромосома, Клетки-мишени Рецеп в которой тор(ы) локализо ван ген С Лимфо- 1 Т-лимфоциты, NK тактин IL-8 4 Нейтрофилы, базофилы, Т-лимфоциты 4 Нейтрофилы CXCR2 4 4 ENA-78 4 LDGF-PBP 4 Фибробласты, нейтрофилы GCP-2 4 Нейтрофилы PF4 4 Фибробласты Mig 4 Активированные Т-лимфоциты 4 Активированные Т-лимфоциты (ТЫ > Th2) 10 клетки костного мозга, Т-лимфоциты, дендритные клетки MlP-loi 17 Моноциты/макро- CCR1, 5, фаги, > Th2, NK, базофилы, дендритные клетки, В-лимфоци ты, клетки костного мозга 17 Моноциты/макро- CCR1, фаги, Thl>Th2, NK, базофилы, дендрит ные клетки, клетки костного мозга 2 Т-лимфоциты памяти, мононуклеары пери ферической крови, дендритные клетки костного мозга 9 Неиммунные Т-лимфоциты MDC 16 Дендритные клетки, (?), NK, Th2 > ТЫ ? Макрофаги, дендрит- ?
ные клетки, тимоциты TARC 16 Перевивные линии Т-клеток RANTES 17 Моноциты/макрофаги, 3, Т-лимфоциты памяти Продолжение таблицы Семейство Хемокины Хромосома, Клетки-мишени Рецеп в которой тор(ы) локализо ван ген (ТЫ > Th2), NK, базофилы, эозинофи лы, дендритные клетки CCR НСС-1 НСС-4 17 DC-CK1 17 Неиммунные Т-лим CCR2, 17 Т-лимфоциты, циты, базофилы CCR2, МСР-2 17 Т-лимфоциты, циты, базофилы, эозинофилы CCR2, МСР-3 17 Т-лимфоциты, циты, базофилы, эозинофилы, дендрит ные клетки CCR2, 3, МСР-4 17 То же CCR3, Эотаксин 17 Эозинофилы ? Эозинофилы, базо- CCR 2/MPIF-2 филы, Т-лимфоциты CCR 6-Цистеин 17 Нейтрофилы (только ТСА-3), Т-лимфоциты CCR1, MIP-5/ 17 Т-лимфоциты, НСС-2 циты, дендритные клетки, нейтрофилы (?) ?
MPIF-1 Моноциты, неактивные Т-лимфоциты, нейтро филы (?) 6Ckine Неиммунные Т-лим- ?
фоциты, В-лимфоци ты, мезангиальные клетки (?) CX3CR 16 Т-лимфоциты, (или СХЗС) циты, нейтрофилы Расшифруем некоторые аббревиатуры для обозначения хе мокинов, но обращаем ваше внимание на то, что в настоящее время в ли тературе встречается множество синонимов. Это свидетельствует о том, что мы пока не достигли той глубины знания, которая позволяет унифициро вать номенклатуру на международном уровне. MIP-1 Ч macrophage inflammatory Ч воспалительный макрофагов;
МСР-1 (2, 3, 4) Ч monocyte-chemoattractant protein-1 (2, 3, 4) Ч протеин-хемоаттрак тант для (2, 3, 4);
RANTES Ч regulated upon activation, normal expressed and secreted. RANTES вырабатывается нормальными иммунными на Ч 5-е сутки от начала активации лимфоцита. Кроме Т-лимфоцитов, RANTES продуцируют фибробласты и клетки эпителия по кровных тканей после их стимуляции IL-1 и/или фактором некроза опухо лей TNF. RANTES является хемоаттактантом для Т-лимфоцитов, моноцитов и эозинофилов.
ными рецепторами для проникновения в клетки человека. При всем разнообразии конкретных форм все рецепторы для хе мокинов имеют похожую характерную третичную структуру Ч гармошку из 7 трансмембранных слоев G-связывающих про теинов.
Рецепторы для цитокинов По структуре рецепторы для цитокинов делят на 3 семейства:
Х рецепторы для гематопоэтинов;
Х рецепторы для фактора некроза опухолей (TNFR);
Х рецепторы для хемокинов.
Кроме того, некоторые вирусные белки на поверхности клеток связывают ряд цитокинов, например белки цитомега ловируса связывают такие хемокины, как RANTES, Молекулы на поверх клеток эндотелия связывают хемокины, например RANTES. Такое связывание не вызывает проведение сигнала "внутрь эндотелиальных клеток. Его предназначение иное:
RANTES на поверхности эндотелия связывает за рецепторы себе лейкоциты из потока крови, что обеспечивает их экстравазацию и попадание в очаг воспаления в ткани.
Рецепторы из семейства гематопоэтиновых представляют собой гетеродимерные молекулы. Это семейство включает - и у-цепи рецептора для рецепторы для 4, 5, 6, 7, 9 и 15;
рецептор для рецептор для эритропо этина;
рецептор для гормона роста. У рецепторов для и GM-CSF одинаковая У 4, 7, 9 рецептора 1-й Ч высокоаффинный (связывает лиганд с ), состоит из 3 цепей: (мол. масса 55 (мол. масса 75 000, CD122) и у (мол. масса 64 000). Как гетеротример этот рецептор экспрессирован на Т-лимфоцитах памяти, некото рых В-лимфоцитах и ;
2-й вариант Ч низкоаффинный рецептор Ч это только одна (CD25). Моле кула CD25 экспрессирована на активированных Т- и В-лим фоцитах, моноцитах. Гетеродимер связывает лиганд с.
Рецепторы из семейства рецепторов для TNFR представля ют собой одну трансмембранную полипептидную цепь. К ним относят: TNFR-I и II, молекулу CD40, Fas (CD95), CD30 и CD27, рецептор для фактора роста нервов (NGF-R).
Рецепторы семейства представляют собой трансмембранную 7-слойную гармошку и включают по крайней мере рецепторы для MIP-1, МСР-1 и NAP-2.
Схема структуры рецепторов к цитокинам показана на рис.
7.4.
Суперсемейство I типа иммуноглобулинов IL-1R типа Семейство рецепторов I типа;
TNFR II типа, CD40;
Fas, CD30, CD27;
NGFR (рецептор для фактора роста нервов) р трицепные рецепторы Рецепторы для IL-2, 3, 4, 5, 6, 7, 9 и 15;
GM-CSF;
Еро (эритропоэтина);
рецептор для гормона роста -цепь р-цепь -цепь Семейство рецепторов для хемокинов Рецепторы для и др.
7-складчатая трансмембранная "гармошка" 7.4. Структурные семейства рецепторов для цитокинов.
Приведем более подробный список известных на сегодня рецепторов для хемокинов семейства СС, а также молекул, не являющихся только рецепторами для цитокинов, но спо собных связывать те или иные конкретные цитокины (табл.
7.8). Эта информация в определенных аспектах имеет большое не только научное, но и практическое значение. Например, один из вариантов рецепторов для хемокинов CCR5 оказался значимым кофактором для проникновения в клетки.
Вероятно, он не единственный.
При проведении сигналов от разных рецепторов для раз личных цитокинов тем не менее происходят общие внутри клеточные события;
цитоплазматические участки рецепторов Рецепторы для семейства СС Таблица 7.
Рецептор Лиганды CCR1 RANTES, МСР-3, MIP-5, CCR2 МСР-3, МСР- CCR3 Эотаксин, МСР-2, МСР-3, МСР-4, MIP-5, CCR4 TARS CCR5 RANTES, CCR6 Exodus CCR CCR CCR RANTES, МСР- CMV МСР-1, RANTES, DARC RANTES и другие хемокины семейств СС и RANTES и др. Это рецеп гликаны тор CCR Ч рецептор для хемокинов семейства СС;
Ч протеин DARC Ч антиген группы крови эту же молекулу использует малярийный плазмодий для проникновения в эритроциты, DARC связывает многие хемокины не только семейства СС, но и СХС;
Lkn-1 Ч лейкотактин;
МРС Ч хемоаттрактант ный протеин;
MPIF Ч миелоидный ингибиторный фактор;
TARS Ч thymus and activation regulated LARS Ч liver and activation regulated Ч макрофагальный воспалительный протеин.
для цитокинов ассоциированы с киназами определенного се мейства, называемого Janus.
Название Janus происходит от имени двуликого древнеримского бога Януса и объясняется тем, что в молекулах киназ этого семей ства обязательно присутствуют два домена: один является собствен но ферментом Ч киназой (JH1, в активном центре молекулы со держатся аминокислотные остатки второй Ч псевдокиназ ный домен (JH2), осуществляющий регуляторные в отношении ки назной активности функции. Всего в молекуле Janus 7 доменов, из которых используются для обеспечения связывания с лигандами.
Известно 4 члена этого семейства, близких по структуре:
2. Их молекулярная масса составляет р от НО 000 до 140 000. Эти киназы в клетке ассоциированы с разными цепями рецепторов для цитокинов. После связыва ния рецептора с цитокином киназы Janus фосфорилируют внутриклеточные участки цепей рецепторов по остатку тиро зина, после чего к этим участкам через могут присоединяться молекулы из семейства STAT (signal transducers and activators of transcription) Ч проводники сиг налов и активаторы транскрипции. Затем те же киназы Janus фосфорилируют молекулы STAT по остатку тирозина. Фосфо рилированные STAT отделяются от внутриклеточных цепей рецептора для цитокина, димеризуются (гомо- или гетеро-) и в виде димера физически перемещаются в ядро, где всту пают в связь с ДНК и активируют транскрипцию. В ДНК димеры STAT находят полупалиндромные последовательнос ти нуклеотидов и садятся на них верхом. Для того чтобы началась транскрипция с ДНК, необходимо уча стие еще так называемых коактиваторных протеинов, которы ми могут быть, например, рецепторы для глюкокортикоидов, протеины N-Myc, СВР/рЗОО и др. Показано, что онкопроте ин аденовирусов Е1А способен блокировать функции STAT (пример механизма повреждения иммунных функций при аде новирусных инфекциях).
Описано 7 молекул 5a, 5в, кулярная масса 000 до N-концевые домены молекул STAT используются для их димеризации.
Существуют также спиральный домен, центральный ДНК-свя зывающий домен, и С-концевой домен (он обес печивает собственно активацию транскрипции с ДНК). В мо лекулах STAT существуют консервативные остатки тирозина.
Их фосфорилирование необходимо для димеризации. С-кон цевой домен фосфорилируется по остатку серина. Ниже при описании отдельных цитокинов мы приведем ряд известных экспериментальных данных о молекулярных механизмах про ведения сигналов от конкретных рецепторов для цитокинов.
7.3.3.3. Биологические свойства пар цитокин Ч клетка-мишень Приведем краткую феноменологическую харакеристику наибо лее изученных цитокинов, но еще раз подчеркнем, что био логический эффект не является свойством цитокина, а опре деляется характером дифференцировки клетки-мишени Ч носителя рецептора для данного цитокина. Напомним, что се мейством называют гомологичные по структуре молекулы, синтезируемые с гомологичных по составу генов, которые когда-то произошли путем дупликаций одного предкового гена и дивергировали в в той или иной мере.
Семейство цитокинов Ч Общность их струк туры состоит в том, что полипептид формирует 4 спираль ных домена.
Еро в молекуле 165 аминокислот ных остатков, мономер. Рецептор Ч EpoR. Клетки-продуцен ты Ч клетки почки и гепатоциты. Биологический эффект:
стимуляция эритропоэза. Нокаут гена Еро или гена рецепто ра для него приводит к гибели периоде. Интерлейкин-2 (IL-2): в молекуле 133 аминокис лотных остатка, мономер. CD и CD132 (у-цепь). -Цепь связывает лиганд, - и у-цепи обеспечивают проведение сигнала. в клетке ас с киназой Jakl, у-цепь у для людей с деструктивной в у-цепи или в гене киназы Jak3 имеется тяжелый комбинированный иммунодефицит с полным отсутствием Т-лимфоцитов и NK и с дефектами В-лимфоцитов. Анализ нокаута соответствующих генов у мы шей показывает, что главный компонент в патогенезе имму нодефицита в данном случае Ч отсутствие сигналов от IL-7.
Клетки Ч продуценты IL-2: активированные Т-лимфоциты (субпопуляция В проведении сигнала от IL-2 участвуют молекулы STAT5a, 5b, 3 и 1. Они связываются с фосфорили рованным остатком тирозина в рецептора. Молекула STAT5 образует не только гомодимеры, но и гетеродимеры, в том числе с рецепторами для глюкокортикоидов. Таким образом, глюкокортикоиды на этом этапе развития иммунно го ответа способны вызывать эффект (а не иммуносупрессорный). Нокаут гена приводит к тому, что животных умирает перинатально от невыяснен ных пока причин, выжившие особи сильно отстают в росте, самки бесплодны и с дефектом развития молочных желез, от сутствуют NK, нарушена пролиферация лимфоцитов. Нокаут гена STAT3 приводит к ранней эмбриональной летальности (на 6-е сутки развития). STAT3 участвует в проведении сигна лов, кроме как от еще от IL-6 и 10. Известен и альтер нативный путь проведения сигнала от рецептора для IL-2 Ч через и фосфатидилинозитол-3-киназу, которая ассо циирована с Jakl и индуцирует синтез антиапоптозных активируются сигналом от IL-2, неизвестны, кроме гена рецептора для самого IL- (CD25). Основные биологические эффекты от сигнала IL-2 Ч стимуляция пролиферации Т- и NK-клеток. Нокаут гена IL- приводит к резкому снижению пролиферации Т-лимфоцитов и досрочному апоптозу Т-лимфоцитов.
приводит к недоразвитию аутоиммунных развитию тя комбинированного иммунодефицита счет отсут ф ((за ствия сигналов от IL-7, рецептор для которого имеет ту же у-цепь).
(IL-3), мультиколониестимулирую щий фактор, костимулятор пролиферации и дифференциров ки всех ранних ростков гемопоэза. В молекуле 133 аминокис лотных остатка, мономер. Рецептор Ч ки-продуценты: Т-лимфоциты, эпителиальные клетки стромы тимуса. Нокаут гена IL-3 приводит к нечувствительности тка ни костного мозга к воздействиям GM-CSF и IL-5. На кле точном уровне нарушено развитие эозинофилов.
Интерлейкин-4 (IL-4): в молекуле 129 аминокис лотных остатков, мономер. Рецепторы: CD CD132 (общая у-цепь). Клетки-продуценты: Т-лимфоциты с (NK-T), Th2, тучные клетки. л-Цепь ре с киназой у-цепь Ч с Jak3.
IL-4 способен также связываться с рецептора для IL-13. Внутри клетки рецепторы для IL-4 активируют главным образом молекулы STAT6. Молекулы STAT6 и Вс1-6 обладают сродством к одним и тем же последовательностям в ДНК но Вс1-6 ингибирует, a STAT6 активирует транс крипцию. Биологические эффекты: иммунное отклонение дифференцировки Т-лимфоцитов в сторону Th2, акти вация В-лимфоцитов, переключение синтеза класса иммуно глобулинов на (STAT6 индуцирует -промотор). В макрофа гах индуцирует биосинтез антагониста рецептора для IL-1 (это единственный известный для сигнала от IL- тивовоспалительный эффект). Нокаут гена IL-4 или цептора, а также гена снижению биосинтеза Нокаут пертрофии Th2 и патологическому преобладанию Тп2-зависи мых процессов иммунного воспаления.
Интерлейкин-5 (IL-5): в молекуле 115 аминокислот ных остатка, гомодимер. Рецептор Ч CD125 Клетки продуценты: субпопуляция Th2 и тучные клетки. Биологичес кие эффекты: дифференцировка и активация эозинофилов.
Нокаут гена IL-5 приводит к снижению уровня эозинофилов, снижению биосинтеза IgE и а также биосинтеза и 10.
Интерлейкин-6 (IL-6): в молекуле 184 аминокис лотных остатка, мономер. Рецепторы: (л-цепь), Клетки-продуценты: Т-лимфоциты, макрофаги, клетки эндо телия. Биологические эффекты: локально стимулирует проли ферацию и дифференцировку Т- и В-лимфоцитов. Системные эффекты: стимуляция продукции печенью белков острой фазы, индукция лихорадки. Поддерживает рост клеток линии ES (лэмбриональные стволовые клетки). Нокаут гена IL- приводит к ингибиции системных реакций острой фазы, а также снижению биосинтеза Интерлейкин-7 (IL-7): в молекуле 152 аминокис лотных остатка, мономер. Рецепторы: CD127, CD132 (общая у-цепь). Клетки-продуценты Ч строма костного мозга. Под держивает пролиферацию пре-В- и пре-Т-лимфоцитов. Нока ут гена IL-7 приводит к существенному повреждению проли ферации ранних лимфоидных клеток-предшественников и развитию синдрома тяжелого комбинированного иммунодефи цита (SCID).
Интерлейкин-9 (IL-9): в молекуле 125 аминокислот ных остатков, мономер. Рецептор Ч IL-9R (общая 132). Клетки-продуценты Ч Биологичес кий эффект Ч усиление активности тучных клеток.
(IL-11): в молекуле 178 аминокис лотных остатков, мономер. Рецептор Ч CD130. Клетки-проду центы Ч фибробласты стромы костного мозга и лимфоидных органов. Биологические эффекты: синергичное поддержание гемопоэза с IL-3 и IL-4. Поддерживает рост клеток линии ES.
(P600): в молекуле аминокислотных остатка, мономер. Рецепторы: IL-13R (общая у-цепь вероятно включает еще и молекулу CD24.
Клетки-продуценты Ч Th2. Биологические эффекты: аналог IL-4 Ч сдвигает иммунное отклонение в пользу Th2, способ ствует переключению биосинтеза иммуноглобулинов на ингибирует продукцию провоспалительных цитокинов макро фагами;
ингибирует дифференцировку поддерживает про лиферацию и дифференцировку В-лимфоцитов.
5 ): в молекуле аминокис лотных остатков, мономер. Рецепторы: IL-15R (CD122), 132 Ч общая у-цепь. Ч Биологические эффекты: стимулирует пролиферацию Т-лим фоцитов и NK подобно IL-2;
стимулирует пролиферацию эпителия кишки (энтероцитов). Нарушение проведения сигна ла с рецептора для приводит к тому, что в организме отсутствуют NK.
Гранулоцит-колониестимулирующий фактор мономер. Рецептор Ч Клетки-продуценты:
фибробласты, моноциты. Биологический эффект Ч поддержи вает развитие нейтрофилов в костном мозге. При генетичес ком нокауте Ч дефекты миелопоэза, нейтропения.
Гранулоцит-моноцит-колониестимулирую щий фактор (GM-CSF): в молекуле 127 аминокислотных остатков, мономер. Рецептор Ч CD116 Клетки-про дуценты: макрофаги, Т-лимфоциты. Биологические эффекты:
поддерживает пролиферацию и дифференцировку ростков миелопоэза и моноцитопоэза в костном мозге. При нокауте гена развивается легочный альвеолярный Онкостатин ): в молекуле 196 аминокислот ных остатков, мономер. Рецептор Ч 130. Клетки-продуцен ты: Т-лимфоциты, макрофаги. Биологические эффекты: сти мулирует пролиферацию клеток саркомы (Kaposi's sarcoma), но ингибирует пролиферацию клеток меланомы.
Поддерживает рост клеток линии ES (лэмбриональные ство ловые клетки).
Лейкоз-ингибирующий фактор (LIF): в моле куле 179 аминокислотных остатков, мономер. Рецепторы:
130. Клетки-продуценты Ч фибробласты стромы костного мозга. Поддерживает рост клеток линии ES. Нокаут гена LIFR приводит к смерти животного при рождении или вскоре после него, при этом наблюдают острое истощение пула стволовых кроветворных клеток.
Семейство (IFN). Известно 3 типа интерфе ронов: IFN-, Интерфероны были открыты как продукты инфицированных вирусами клеток млекопита ющих, обладающие противовирусным действием. Interfere with Ч мешать (репликации вирусов). Хотя интерфероны (все три типа) имеют одно родовое название, между ними есть существенные различия по ряду признаков.
IFN-y Ч единственный, который называют еще иммунным интерфероном, так как именно и только его продуцируют иммунные Т-лимфоциты Ч субпопуляции ЦТЛ и NK. IFN-y, продукт единственного структурного гена, поли пептид из 143 остатков аминокислот, мономер. Рецептор для IFN-y, мембранная молекула 119, состоит из а- и пей. Внутри клетки ассоциирована с Jakl, Ч с Jak2. Jakl фосфорилирует тирозин-440 в участке с последо вательностью YDKPH, после чего фосфотирозин связывает STAT1, в молекуле которого Jakl фосфорилирует тирозин- и серин-727. Мыши с нокаутом гена STAT1 не отвечают на IFN-y. Описаны люди с мутациями в генах обеих цепей ре цептора для IFN-y, клинически у них наблюдается иммуно дефицит со снижением резистентности к внутриклеточным бактериальным инфекциям. IFN-y индуцирует также экспрес сию супрессорной молекулы У мышей с нокаутом гена наблюдают хроническую активацию за держку роста, анемию, лимфопению, повышенный апоптоз лимфоцитов и летальный исход через несколько недель пос ле рождения.
Главные биологические эффекты IFN-y следующие:
Х является самым сильным активатором макрофагов.
Именно посредством цитокина IFN-y, ЦТЛ и NK нанимают макрофаги для выполнения деструктивных функций в отношении тканей, поврежденных антигеном в очаге воспаления. В деструкцию вовлекаются и приле гающие клетки окружающих тканей. Активированные макрофаги выделяют кислородные радикалы, радикал окиси азота, гидролитические ферменты, которые, пы таясь разрушить патоген, травмируют и собственные клетки. Очаги ТЫ Ч макрофаг-опосредованного вос паления в коже и есть то, что называют исторически оставшимся в употреблении термином гиперчувстви замедленного типа (ГЗТ). Мы подробнее опи шем ГЗТ в разделе об эффекторных механизмах иммун ного ответа;
7 - 544 Х активирует также NK к осуществлению ими цитолиза клеток-мишеней;
Х индуцирует экспрессию на клетках белков MHC-I и МНС-П, тем самым способствуя представлению анти генов (в том числе и вирусных) для Т-лимфоцитов, следовательно, способствуя прогрессивному развитию противовирусного иммунного ответа;
Х IFN-y, продуцируемый ЦТЛ, вносит свой вклад в противовирусное действие ЦТЛ;
Х является локальным кофактором в направлении диффе ренцировки ThO-клеток в ТЫ;
Х участвует в переключении биосинтеза имму ноглобулинов.
При нокауте гена IFN-y или рецептора для наблюда сниженную резистентность инфекциям, особенно микобактериальным, а также к неко что IFN-y индуцирует по крайней мере такие гены, как гены интерферонов и, хемокина RANTES, молекулы адгезии ICAM-1, NO-синтазы (iNOS), MHC-I, Fas, FasL и каспаз. Внутри клетки сигнал от рецеп тора для IFN-y проводят молекулы В некоторых опу холевых клетках не находят молекул Нокаут гена STAT1 и особенно двойной нокаут генов STATl/p53 приво дят к бурному развитию у мышей опухолей. Это наблюдается и при нокауте генов цепей рецептора для IFN-y.
Есть экспериментальные наблюдения, показывающие, что ' IFN-y процессы ангиогенеза опухолевой ткани.
Ч это семейство из близкородственных поли пептидов, состоящих из 166 аминокислотных остатков (мол.
масса 18 000), мономеры. Рецептор для них один Ч 118.
IFN- продуцируют лейкоциты, поэтому его(их) еще назы вают лейкоцитарным интерфероном.
- продуцируют фибробласты, поэтому его называют интерфероном. IFN- Ч продукт одного гена, также состоит из 166 остатков аминокислот, мономер. Рецеп тор Биологические свойства IFN- и, насколько они изве стны, одинаковы, поэтому мы опишем их вместе. По сово купности эти интерфероны проявляют противовирусное дей ствие и усиливают экспрессию молекул MHC-I.
Естественным индуктором биосинтеза IFN- и являют ся РНК, которых в норме не бывает в эукари отических клетках, но которые являются характерным продук том в жизненном цикле многих вирусов.
При нокауте гена IFN- наблюдают снижение противо вирусной резистентности организма.
Рецептор для IFN- и, как и все рецепторы для цито кинов, связан внутри клетки с тирозинкиназами семейства Janus, которые фосфорилируют и тем самым активируют бел ки STAT (это активаторы транскрипции с определенных ге нов). IFN- и индуцируют транскрипцию с генов, продук ты которых способны подавлять репликацию вирусов и редуп ликацию собственной ДНК клетки и, следовательно, проли ферацию клеток. На этом основано применение интерферо нов при онкологических заболеваниях в тех случаях, когда на опухолевых клетках экспрессированы рецепторы для интерфе Один из известных антипролиферативных механизмов дей ствия интерферонов заключается в индукции ими синтеза особого фермента Ч олигоаденилатсинтетазы, которая поли меризует АТФ в 2'-5'-олигомеры, тогда как в нормальных природных нуклеиновых кислотах нуклеотиды связаны по Аномальные 2'-5'-олигонуклеотиды активируют эндорибонуклеазы, которые расщепляют РНК, в том числе вирусную. Еще один известный белок, индуцируемый IFN и Ч серин/треонинкиназа (Р1). Эта киназа избирательно фос форилирует и тем самым некий фактор инициирующий синтез белков в эукариотических клетках, в результате чего тормозится трансляция белков, что препят ствует в том числе и репликации вирусов в клетке.
IFN- и индуцируют экспрессию молекул MHC-I (но не МНС-П в отличие от а также протеинов ТАР (транспортеров пептидов-антигенов) и компонентов протеа сом и 7, что способствует распознаванию вирусинфи цированных клеток (ЦТЛ). IFN- и активируют к лизису вирусинфицированных клеток. По вышение экспрессии MHC-I на неинфицированных клетках способствует их защите от киллерной атаки.
Бессемейственные цитокины. Трансформирующий фактор Ч transforming grows factor-): в молекуле 112 аминокислотных остатков, гомо- или гетеро тример. Клетки-продуценты: хондроциты, активированные мо ноциты, активированные Т-лимфоциты. Открыт в экспери ментальной тест-системе культивирования клеток in vitro как продукт опухолевых клеток, способствующий выживанию in vitro неопухолевых клеток Ч фибробластов. Второй фактор из опухолевых клеток Ч Ч способствует пролиферации in vitro исходно неопухолевых клеток. TGF- Ч семейство из нескольких близкородственных молекул (и соответственно генов): 1, 2 и 3 и др. Т-лимфоциты и моноциты син тезируют главным образом 1. Вероятно, в клетках мо жет в каком-то количестве депонироваться биологически не активный предшественник TGF-, который активируется протеазами.
7* Биологические эффекты TGF- различны при действии на разные клетки-мишени. TGF- индуцирует синтез белков межклеточного матрикса Ч коллагенов, индуцирует на клет ках экспрессию рецепторов для межклеточного матрикса (тем самым он, вероятно, и способствует выживанию клеток в культуре in vitro). In vivo TGF- способствует росту кровенос ных сосудов (ангиогенезу) при регенерации и репарации тка ней. Его воздействия на лимфоциты и моноциты противопо ложны: TGF- является самым сильным ингибитором проли ферации лимфоцитов, функциональное созрева ние ЦТЛ, ингибирует активацию макрофагов и полиморфно ядерных лейкоцитов, ингибирует активацию эндотелия дру гими цитокинами провоспалительной направленности, т.е.
1 Ч иммуносупрессор. Нокаут гена приводит к летальным воспалительным процессам.
в молекуле 159 амино кислотных остатков, мономер. Рецепторы: CD121a, CD121b.
Клетки-продуценты: макрофаги, эпителий покровных тканей.
Биологические эффекты: локальные Ч активация Т-лимфоци тов и макрофагов;
системные Ч лихорадка и другие симпто мы септического шока.
J): в молекуле 153 аминокис лотных остатка, мономер. Рецепторы: CD121a, CD121b.
Структурная гомология между и составляет менее 30 %, но у них не только общий рецептор и, следова тельно, известные на сегодня биологические эффекты, но и клетки-продуценты. Однако преимущественно находит ся в клетке, причем будучи синтезированной в цитоплазме, молекула мигрирует в ядро клетки. IL- в основном секре тируется клеткой во вне. Обе формы IL-1 синтезируются в виде белка-предшественника с молекулярной массой 33 000, который расщепляется до активной дефинитивной формы (мол. масса 17 000) под действием особой протеазы, экспрес сированной в макрофагах и названной ферментом. проявляет биологическую активность и в виде предшественника с молекулярной массой 33 000.
Нокаут гена IL- обусловливает невозможность развития реакций острой фазы.
( IL 1 R А) Ч единственный известный на сегодня естественный цитокин-антагонист: он связывается с одним из рецепторов для IL-1 Ч С121а, но не вызывает активационных эффектов в клетке-мишени. Его синтезируют макрофаги, моноциты, нейтрофилы, гепатоциты.
0 ) (ингибитор синтеза цито кинов F): в молекуле 160 аминокислотных остатков, гомоди мер. Клетки-продуценты: макрофаги и инфицированные вирусом (один из вирусных генов кодирует белок, гомологичный IL-10). Он является сильным ингибитором активности макрофагов, в том числе и их функционирования в роли антигенпредставляющих кле ток и, следовательно, IL-10 ингибирует Т-лимфоцитарные реакции. Но при этом, по-видимому, тот же стимули рует дифференцировку В-лимфоцитов в направлении пере ключения синтеза изотипа иммуноглобулинов на G4 у чело века (аналога у мыши). Нокаут (knock-out) гена или рецептора для него приводит к развитию у животных тя задержке роста. ~ Ч гетеродимер: одна цепь состоит из 197 остатков аминокислот, вторая Ч из 306. Клет ки-продуценты: макрофаги, В-лимфоциты. Рецептор состоит из двух субъединиц Ч и Субъединица ассоциирована в клетке с Jak2, Ч с Tyk2. экспрессирована в ТЫ, но отсутствует в Th2. В клетке сигнал от IL-12 проводит STAT4, который связывается с фосфорилированным остатком тирозина в участке Нокаут гена STAT4 при водит к дефекту развития ТЫ. Но двойной нокаут STAT4/ STAT6 приводит к тому, что у мыши ТЫ все-таки есть, но отсутствуют Th2.
Именно субъединица имеет решающее значение для проведения сигнала внутрь ThO-лимфоцита для програм мирования дифференцировки ThO в направлении ТЫ. Сигнал с рецептора для IL-12 стимулирует экспрессию генов IFN-y, а также рецептора для и рецептора для самого IL-12. Соответственно, главная биологическая активность сиг нала от Ч направлять дифференцировку ThO-лим фоцитов в сторону ТЫ. Кроме того, IL-12 Ч сильный стиму лятор функций NK. стимулирует функциональное созре вание ЦТЛ, т.е. IL-12 Ч весьма значимый регулятор эффекторных этапов развития иммунного ответа. Нокаут гена IL-12 приводит к развитию дефицита продукции IFN-y в организме и дефициту Описан ребенок с гомозиготной делецией генов рецептора для Клинически у него тяжело текущие внутриклеточные бактериаль ные инфекции.
в молекуле 130 амино кислотных остатков, гомотетрамер. Рецептор Ч CD4. Клетки продуценты: Т-лимфоциты, тучные клетки, эозинофилы. Био логические эффекты: хемоаттрактант для Т-лимфоци тов, моноцитов и эозинофилов;
защищает от апоптоза Т-лим фоциты, стимулированные IL-2.
7 (IL-17) (он же mCTLA-8): в мо лекуле 150 аминокислотных остатков, мономер. Клетки-про дуценты Ч Т-лимфоциты памяти. Биологический эф фект Ч индуцирует продукцию цитокинов клетками эпите лия, эндотелия и фибробластами.
(он же IGIF Ч inducing factor): в молекуле 157 остатков аминокислот, моно мер. Рецептор Ч (IL-1R related protein Ч протеин, гомологичный рецептору для IL-1). Клетки-продуценты: ак тивированные макрофаги, в том числе купферовские клетки печени. Биологические эффекты: индуцирует продукцию Т-лимфоцитами и NK, способствует дифференцировке Миграцию ингибирующий фактор в молекуле аминокислотных остатков, мономер. Клетки-про дуценты: Т-лимфоциты, клетки гипофиза. Биологические эф фекты: ингибирует миграцию моноцитов, высаживая их в виде тканевых макрофагов, активирует макрофаги.
Семейство молекул Это семейство включает в себя по крайней мере 8 известных членов, из которых два Ч секре тируемые цитокины (TNF-, LT), а остальные Ч молекулы клеточной мембраны. Для молекул этого семейства характер на структура. Приведем характеристику их свойств (табл. 7.9).
Фактор некроза в молекуле 157 ами нокислотных остатков, тример. Рецепторы: (CD120a, р55), (CD120b, p75). Клетки-продуценты: активиро ванные макрофаги, активированные нейтрофилы, NK и туч ные клетки.
Локальные эффекты TNF- создают очаг местного воспа ления в барьерных тканях при внедрении в них патогена:
поверхность эндотелия активируется таким образом, что ини циирует свертывание крови в сосудах микроциркуляции, за купоривая их. Это является попыткой не пустить патоген в системную циркуляцию. Локальный отек способствует дрена жу патогена в регионарные лимфатические узлы, где в нор ме есть все условия для развития лимфоцитарного иммунно го ответа. Насколько существен TNF- для общеорганизмен ного контроля инфекции, показывают эксперименты. Если здоровому животному вводят определенную дозу бактерий, то процесс ограничивается локальным воспалени ем в месте введения. Если ту же дозу бактерий вводят после инъекции антител к TNF-, то у животного развивается смертельный сепсис.
Системные эффекты TNF- наступают при септическом заражении крови, когда доза микробных раздражителей настолько велика, что активирует огромную массу тканевых макрофагов во всем теле (в первую очередь в печени), и макрофаги выбрасывают значительные количества TNF- в кровь. Если животному при этом ввести достаточное количе ство антител, нейтрализующих TNF-, то симптомы септи ческого шока удастся отменить (но не инфекционный про цесс, который все равно закончится летальным исходом). Та ким образом, именно TNF- в первую очередь и индуциро актеристика молекул семейства Таблица Член семейства Число остатков Клетки-продуценты Основные Результат нокаута TNF аминокислот в биологические гена молекуле, молеку или рецептора эффекты лярная форма для него TNF- (кахектин) NK, | CD120a (p55) Локальное воспа- резистент ление, активация Т-лимфоциты, ность к сис- кому шоку, чув нейтрофилы (р75) темная острая ствительность к фаза инфекции Listeria тример Т- и В-лимфо клеток- LT: отсутствие Лимфотоксин TNF-) TNFR-II мишеней, актива- лимфатических уз ция эндотелия лов, антитела толь класса М, сниже ние уровня имму ноглобулинов Образует тример То же Дефекты развития Трансмембранная Необходим для форма LT- с LTa развития лимфатических уз тических узлов лов, селезенки, пейеровых бляшек Трансмембран CD40L Т-лимфоциты, CD Активация В-лим- CD40L: нет пере ный тример тучные клетки и перек- ключения синтеза лючение классов классов Ig, низ кий гуморальный ответ, синдром, нет памяти Продолжение таблицы Член семейства Число остатков Клетки -продуценты Рецептор Результат нокаута Основные TNF аминокислот в биологические гена цитокина молекуле, молеку- эффекты или рецептора лярная форма для него FasL (Fas-лиганд) Трансмембран- строма Fas (CD95) клеток- FasL или Fas:
ный тример некоторых мишеней, лимфопролифера органов (?) независимая тивные и аутоим мунные процессы CD27L То же Лимфоциты CD Стимуляция про Х лиферации Т-лимфоцитов CD30L CD30 Стимуляция про- CD30: увеличение лиферации Т- и размеров тимуса 4-1BBL 4-1ВВ Х Костимуляция Т- и В-лимфо ванные им IL-1 и 6 ответственны за развитие ха рактерных симптомов септического шока (лихорадка, коллапс, ДВС-синдром и др.).
Системные эффекты TNF- при септическом шоке или иных тяжелых генерализованных патологических процессах следующие:
о системная вазодилатация, следовательно, падение кро вяного давления (коллапс);
повышение проницаемости сосудов, экстравазация плаз мы из сосудов в ткани (отеки);
диссеминированное внутрисосудистое свертывание кро ви (ДВС-синдром), как следствие Ч массированная по теря факторов коагуляции и, следовательно, повышен ная кровопотеря при травматизации тканей;
развитие органной недостаточности почек, печени, сер дца и легких в результате нарушения их перфузии;
Х TNF-, прямо действует на клетки гипоталамуса, ин дуцируя высокую лихорадку;
Х концентрация глюкозы в крови падает до уровней, не совместимых с нормальным метаболизмом в мозге;
Pages: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ... | 7 | Книги, научные публикации