Раздел 2

ПРИДОБИТ ИМУНИТЕТ. ХУМОРАЛЕН ИМУНИТЕТ. СТРОЕЖ НА ИМУНОГЛОБУЛИНИТЕ И ТЕХНИТЕ ЕПИТОПИ


1. Придобит имунитет

         Колкото и да е полезен, вроденият имунитет не винаги е ефективен. Именно защото е в постоянна готовност да действа срещу всички възможни патогени, той често е недостатъчно пригоден за един или друг конкретен микроб. Нужен е индивидуален подход към всеки причинител. Затова в еволюцията освен неспецифичен се е утвърдил и специфичен имунитет, основан на междумолекулно разпознаване. Той се нарича още придобит – първо, защото се развива след проникването на патогена, и второ, защото е много по-бърз и по-силен, ако имунната система вече се е запознала с дадения патоген при предишна инфекция. Органите, отговорни за придобития имунитет, общо се наричат лимфоидна система или имунна система в тесен смисъл на думата.

         Придобитият имунитет се основава на лимфоцити, наречени В- и Т-лимфоцити според това дали се диференцират в костния мозък (англ. bone marrow) или в тимуса. В- и Т-лимфоцитите за разлика от фагоцитите и NK-лимфоцитите не могат да разпознават патогените по общите свойства на цялостната им повърхност. Всеки В- или Т-лимфоцит разпознава само една молекула, но го прави както трябва – с висока специфичност. Разпознаваното съединение се нарича антиген (гр. "който поражда противодействие") и съкратено се означава с Ag. Специфичната реакция на имунната система срещу даден антиген се нарича имунен отговор.

         В- и Т-лимфоцитите разпознават антигена чрез рецептори върху своята повърхност. Взаимодействието между рецептора и антигена като всяко взаимодействие рецептор – лиганд се основава на пространствено сродство между молекулите им. Всеки В- или Т-лимфоцит е програмиран да произвежда само един вид рецептор за антиген, така че повърхността на клетката е осеяна с многобройни еднакви рецепторни молекули. Рецепторите на всички В-лимфоцити и на всички Т-лимфоцити имат общ строеж в по-голямата си част, но се различават в участъка, който разпознава антигена, и затова имат различна специфичност.



         По причини, които ще обсъдим по-късно, антигените са високомолекулни съединения, най-вече белтъци и полизахариди. Всеки лимфоцитен рецептор разпознава само малка част от молекулата на антигена, наречена антигенна детерминанта или епитоп.

         Изграждането на рецептора е най-важният процес при диференцирането на лимфоцита. Клетка, която има антиген-специфичен рецептор, се нарича имунокомпетентна.

2. Хуморален имунитет.

         Рецепторите на В-лимфоцитите се наричат имуноглобулини, когато говорим за структурата им, и антитела, когато говорим за функцията им. Съкратено "имуноглобулин" се означава с Ig, а "антитяло" – с Ab (от англ. antibody).

         Когато В-клетката бъде стимулирана от съответен антиген, тя се дели и диференцира допълнително. Полученият крайно диференциран В-лимфоцит се нарича плазмоцит. Той вече не произвежда нови молекули от своя рецептор, но синтезира тяхна променена изоформа, която е разтворима и се секретира навън от клетката. Преходът от мембранно-свързан към разтворим имуноглобулин става чрез алтернативно зреене на транскрипта на един и същ ген (вж. раздел Зреене).



         Докато антителата-рецептори са нужни за подготовката на имунния отговор, за самото му осъществяване са важни разтворимите антитела. Те осъществяват придобития хуморален имунитет. Самите плазмоцити не напускат лимфоидните органи, но техните антитела се разпространяват из целия организъм с кръвта и лимфата, а при нужда се отделят и в секрета на лигавиците.

3. Поликлонални и моноклонални антитела

         За да се изучат молекулните основи на хуморалния имунитет, трябват пречистени имуноглобулини. Изходната суровина е кръвният серум, който съдържа две основни белтъчни фракции – албумин и глобулини. От своя страна глобулините са три групи – алфа-, бета- и гама-глобулини. Докато първите два вида глобулини са предимно транспортни белтъци, гама-глобулиновата фракция се състои от имуноглобулини. Чрез електрофореза или друг метод за разделяне на белтъци глобулините се отделят от албумина, а след това гама-глобулините се изолират от другите глобулини. Проблемът е, че гама-глобулините на всеки нормален индивид са смес от най-различни имуноглобулини. Дори когато са насочени срещу един и същ антиген, тези антитела са с различен строеж, защото са поликлонални, т.е. произведени от различни лимфоцити. Доста бързо е станало ясно, че антителата имат еднакъв строеж само ако са моноклонални, т.е. ако плазмоцитите, които ги произвеждат, са потомци на един и същ В-лимфоцит.

         Първите моноклонални антитела са получени от хора, болни от миелома – рак на плазмоцитите. Докато нормалните плазмоцити изобщо не се делят, злокачествено трансформираните се делят усилено и същевременно произвеждат своя имуноглобулин. Той лесно се пречиства от серума на болните, защото се натрупва там в голямо количество.

         По-късно миеломни клетки са изучени и при мишка. В крайна сметка се разработва метод за получаване на миши моноклонални антитела по желание. Той се основава на миеломна клетъчна линия, която не произвежда собствен имуноглобулин. Когато искаме да получим конкретно моноклонално антитяло, имунизираме със съответния антиген нормална мишка. След като тя развие имунен отговор, вземаме от нея В-лимфоцити. Смесваме ги с миеломните клетки и създаваме условия, благоприятни за клетъчно сливане (фузия). Целта е В-лимфоцит, специфичен за дадения антиген, да се слее с миеломна клетка. Получената т. нар. хибридомна клетка ще се дели неограничено като миеломната и същевременно ще произвежда антитялото на нормалния В-лимфоцит. Схема на описания метод може да се види например на http://www.uccs.edu/~rmelamed/MicroFall2002/Chapter%2017/Monoclonal%20Antibodies.jpg.

4. Молекулен строеж на имуноглобулините

         Имуноглобулиновата "молекула" всъщност е четвъртичен комплекс, скрепен с дисулфидни връзки. Той се състои от четири полипептидни вериги, които са две по две еднакви. Понеже се различават по маса, двата типа вериги се наричат съответно лека и тежка. Молекулата е симетрична и наподобява буквата Y. Всяка нейна половина се състои от лека и тежка верига, свързани с дисулфидна връзка. Между двете тежки вериги също има дисулфидни връзки, най-често две на брой.

         Двете тежки вериги се свързват помежду си там, където буквата Y се разклонява. Този участък е гъвкав и се нарича шарнирен. Знаем, че опънатите гъвкави места в полипептидната верига се атакуват най-напред от протеазите. При обработка с протеазата папаин се получават два еднакви Fab-фрагмента (съкр. от англ. fragment antigen binding – антиген-свързващ фрагмент) и един Fc-фрагмент (съкр. от англ. fragment crystallizable – кристализиращ фрагмент). Смилателният ензим пепсин срязва зад, а не пред дисулфидните мостове, затова дава "двоен" антиген-свързващ фрагмент.



         Антиген-свързващият (активният) център се образува от азотните краища на тежката и леката верига. Следователно антитялото има два антиген-свързващи центъра, разположени по върховете на буквата Y. N-крайната част и на леката, и на тежката верига се нарича вариабилна, защото има различен строеж според това какъв антиген разпознава даденото антитяло. Останалата част от веригите се нарича константна, защото строежът й не зависи от специфичността на антитялото.

         Всъщност и константната част не е съвсем еднаква при всички имуноглобулинови молекули. В генотипа са предвидени различни варианти на константната част, наречени изотипове. Леката верига има два изотипа – капа и ламбда. Те доста си приличат и са функционално сходни. Тежката верига има 5 основни изотипа, наречени класове (някои от тях се делят на подкласове). Тежките вериги от петте класа се означават с гама, алфа, мю, делта и епсилон, а получените от тях имуноглобулинови молекули – съответно с IgG, IgA, IgM, IgD и IgE. Различните класове се различават по строеж и по функции. Все пак основните особености на тежката верига са общи за петте класа, така че горната фигура е представителна за всички имуноглобулини. Както се спомена по-горе, леките и тежките вериги в една молекула са еднакви помежду си, т.е. и двете тежки вериги са от един клас, а и двете леки вериги са или капа, или ламбда.

         Освен междуверижни имуноглобулиновата молекула съдържа и вътреверижни дисулфидни връзки. Всяка от тях оформя домен, сближавайки двата му края. Леката верига се състои от 2 домена, а тежката – от 4 или 5 домена според класа й. На схемите обикновено се показват 4 домена на тежката верига, защото толкова има IgG, приеман за представителен имуноглобулин. Всички домени са дълги около 110 аминокиселини и си приличат по първична и пространствена структура.


Схема на разтворимо антитяло от клас IgG. С кръгчета са означени дисулфидните връзки.



         Вариабилната част заема по един домен от всяка верига. Той се означава с VL за леката и VH за тежката верига (съкр. от англ. light и heavy – съотв. лек и тежък). Единственият домен на константната част на леката верига се означава с CL. Домените на константната част на тежката верига се означават с СН1, СН2, СН3 и евентуално СН4, ако има такъв. При мембранно-свързаните (рецепторни) имуноглобулини последният домен от тежката верига е удължен с хидрофобна аминокиселинна последователност, която липсва в разтворимите имуноглобулини.


Схема на домените на IgG. Двете леки вериги са оцветени еднакво, а двете тежки – с различни нюанси. Звездичка показва мястото на олигозахарида.


         Вариабилната част съдържа три особено изменчиви участъка, наречени хипервариабилни. При пространственото нагъване на всяка верига трите й хипервариабилни области се сближават. После на ниво четвъртична структура хипервариабилните области на тежката верига се оказват близо до тези на леката верига. Така сближените 6 участъка (3 от тежката и 3 от леката верига) образуват антиген-свързващия център и пряко контактуват с антигена.

         Имуноглобулиновата молекула е гликозилирана. Олигозахаридните остатъци са закачени за Fc-фрагмента и го правят по-обемист и хидрофилен.

         Описаният Y-образен комплекс от четири вериги често се нарича основна имуноглобулинова единица или основен имуноглобулинов мономер. При всички мембранни и повечето разтворими имуноглобулини една "молекула" отговаря на една такава единица. При разтворимите IgA и IgM обаче една "молекула", т.е. един функционален годен четвъртичен комплекс, включва повече от една основна имуноглобулинова единица. IgA е димер (т.е. от 2 единици), а IgM – пентамер (т.е. от 5 единици). Допълнителен полипептид, наречен J-верига (от англ. join – съединявам), се свързва чрез дисулфидни мостове с тежките вериги на две различни имуноглобулинови единици. При IgA това е достатъчно, за да крепи целия комплекс. При IgM са нужни и дисулфидни мостове между тежките вериги на различните единици.



5. Реакция антиген – антитяло.

         Свързването на антитялото с антигена се нарича реакция антиген – антитяло. То всъщност не е химична реакция, защото не се преобразуват ковалентни връзки. Комплексът антиген – антитяло, наричан още имунен комплекс, се поддържа от нековалентни връзки – йонни, водородни, хидрофобни и Вандервалсови. Затова реакцията е обратима и имунният комплекс винаги може да се разпадне до свободен антиген и антитяло.

         Колкото по-здраво се свързва антитялото със своя епитоп, толкова по-висок е неговият афинитет (сродство) към епитопа.

         Антитяло, което се свързва с определен антиген и почти или изобщо не реагира с други антигени, се нарича специфично. Нерядко обаче едно и също антитяло се свързва с различни антигени. Явлението се нарича кръстосана реактивност и често се наблюдава при антитела с нисък афинитет, чийто активен център по форма не съответства добре на епитопа. Не винаги обаче кръстосаната реактивност е по вина на антитялото. Ако същият или твърде подобен епитоп се съдържа в различни антигени, дори антитяло с много висок афинитет ще реагира кръстосано.

6. В-лимфоцитни епитопи. Хаптени и конюгирани антигени

         За да разберем хуморалния имунен отговор, трябва да знаем срещу какви епитопи В-лимфоцитите образуват антитела. Въпросът за епитопите е свързан с две свойства на антигена – антигенност и имуногенност. Антигенност наричаме способността на дадено съединение да се свързва с антитела (или Т-клетъчни рецептори), а имуногенност – способността му да предизвика образуването им. Антигенността зависи преди всичко от това дали молекулата съдържа участъци, годни да бъдат епитопи. Имуногенността обаче зависи и от други фактори поради сложното развитие на имунния отговор in vivo. Например, както вече споменахме, имуногенни са само съединенията с достатъчно голяма молекулна маса. Освен това повечето В-лимфоцити, за да произвеждат антитела, се нуждаят от помощта на Т-лимфоцит, специфичен за същия антиген. Следователно В-лимфоцитният антиген, за да бъде изобщо антиген (т.е. за да предизвика образуване на антитела), трябва да съдържа и епитопи за Т-лимфоцитите.

         Изследванията върху В-лимфоцитните епитопи започват през първата половина на ХХ век, когато изследователите не разполагат нито с моноклонални антитела, нито с познания за имунния отговор. Не след дълго става ясно, че опитът трябва някак да се изчисти, иначе не е ясно какво изобщо се изследва. Карл Ландщайнер (Landsteiner) открива, че някои нискомолекулни съединения могат да реагират с антитела, макар да не могат да предизвикат образуването им. Той ги нарича хаптени. Ако използваме горните термини, хаптенът е антигенен, но не е имуногенен. Можем да го оприличим на единичен епитоп, изрязан от някакъв антиген. Ландщайнер установява, че хаптенът става пълноценен антиген, ако се свърже ковалентно с имуногенен белтък-носител. Полученият комплекс, наречен конюгиран антиген, се инжектира на животно. То образува антитела както срещу носителя, така и срещу хаптена.



         Чрез химична синтеза може да се получи неограничено разнообразие от хаптени с известна структура и те да се свържат с носители. Тези конюгирани антигени осигуряват изчистена опитна постановка за изследване на В-лимфоцитните епитопи. Ландщайнер получава антитела, по-точно антисеруми, срещу най-различни хаптени. След това измерва не само афинитета на антисерума към изходния хаптен, а и кръстосаната му реактивност с химично близки хаптени, за да разбере какво точно разпознават антителата.

         Оказва се, че антитела могат да се получат срещу хаптени с най-разнообразна химична природа – практически срещу всяко съединение, конюгирано с носител и вкарано в опитно животно. Следователно, макар че природните антигени с нищожни изключения са белтъци или поне имат белтъчна част, отделният В-клетъчен епитоп по състав може да няма нищо общо с белтъците. (Днес знаем, че пристрастието на лимфоидната система да реагира срещу белтъци се дължи на Т-, а не на В-лимфоцитите.)

         Антитела, получени срещу ароматен хаптен с два заместителя в орто-положение, не реагират забележимо с мета- и пара-изомерите на същото съединение. Аналогично антителата срещу мета- и пара-изомерите не реагират с орто-изомера, нито помежду си. За сметка на това често антисерумът реагира кръстосано с друг хаптен, в който единият заместител е подменен. Например антисерум срещу пара-хлораминобензол свързва и пара-нитроаминобензол, макар и по-слабо. Изводът е, че конфигурацията на хаптена е по-важна от химичната му природа. Това е логично, доколкото реакцията антиген – антитяло се основава на пространствено сродство, а не на химично взаимодействие.

         По-късно се установяват и други особености на В-лимфоцитните епитопи. Например най-добри епитопи са изпъкналите участъци на молекулата, а най-лоши – вдлъбнатите. Логично е антиген-свързващият център да предпочита изпъкнали епитопи, понеже самият той е вдлъбнат. (Това е правило за лиганд-свързващия център на рецепторите по принцип).

         Когато антигенът е белтък, разграничават се два типа епитопи: секвентни и конформационни. Секвентните епитопи включват съседни аминокиселини и се запазват и при денатуриране на антигена. Антитяло срещу такъв епитоп ще разпознава антигена при всички положения. Конформационните епитопи включват аминокиселини от различни части на веригата, сближени в третичната структура. Денатурацията, изправяйки полипептида, унищожава конформационните му епитопи. Антитяло срещу такъв епитоп няма да реагира с денатуриран антиген. Това трябва да се има предвид при изследвания с антитела – например не е добра идея моноклонално антитяло срещу конформационен епитоп да се използва за имуноблот, при който антигенът се денатурира.

         Поликлоналният антисерум срещу белтък е смес от антитела срещу различни епитопи – както секвентни, така и конформационни. Затова антисерум срещу нативен антиген се очаква да реагира и с денатурирания, но по-слабо.

         Хаптените и след Ландщайнер остават важно оръдие за изучаване на антителата. Ето например прост и ефектен опит, доказващ обратимостта на реакцията антиген – антитяло. Комплекси антитяло – хаптен се слагат в торбичка от материя, пропускаща само малки молекули. Торбичката се потапя във физиологичен разтвор, който периодично се подменя. Чрез такава процедура, наречена диализа, високомолекулните съединения се пречистват от нискомолекулни примеси. Всяка молекула хаптен, случайно откъснала се от антитялото, може да напусне торбичката. След известно време вътре не остават никакви комплекси, а само свободни антитела – цялото количество хаптен дифундира навън.



Основни източници

        Маркова М. (1999). Имунитетът. Наука и техника, год. ІV, бр. 12: 41-46.

        Стайтс Д.П., А.И. Тер, Т.Дж. Парслоу. Обща и клинична имунология. Национален център по заразни и паразитни болести, София, 1997. (Превод от: Stites D.P., A.I. Terr, T.G. Parslow (Eds.). Basic and Clinical Immunology. 8th Edition. Appleton & Lange, San Mateo.)

        Goldman A.S., B.S. Prabhakar (2002). Immunology overview. In: Baron S. (Ed.). Medical Microbiology. 4th Edition. University of Texas Medical Branch, Texas. [Online] http://gsbs.utmb.edu/microbook/ch001a.htm

        Golub E.S. Immunology, a synthesis. Sinauer Associates, Inc., 1987.

 Roitt I. Essential Immunology. 6th Edition. Blackwell, Oxford, 1988.


URL http://www.mayamarkov.com/biology/I02Igstructure/I02Igstructure.htm


Публикувано 2006
Copyright © Майя Маркова
 
Предишен раздел
Основна страница
Следващ раздел