Раздел 8
ДИФЕРЕНЦИРАНЕ НА ЛИМФОЦИТИТЕ В ЦЕНТРАЛНИТЕ ЛИМФОИДНИ ОРГАНИ
Лимфоцитите, както и останалите кръвни клетки, произлизат
от т. нар. плурипотентна (мултипотентна) кръвотворна стволова клетка в костния
мозък. Предшествениците на В-лимфоцитите се диференцират на място, а предшествениците
на Т-лимфоцитите се преместват в тимуса. Костният мозък и тимусът се наричат
централни или първични лимфоидни органи. В тях лимфоцитите се диференцират,
като изграждат своите антиген-специфични рецептори. Когато завършат своето развитие
в централния орган, те вече са зрели имунокомпетентни клетки, готови за среща
с антигена.
1. Строеж на костния мозък
Строежът на лимфоидните органи е важен, защото осигурява нужното микрообкръжение за диференцирането на лимфоцитите. Тук ще го разгледаме съвсем накратко; подробното му изучаване е предмет на анатомията и хистологията.
Костният мозък и по-точно червеният костен мозък е основен кръвотворен орган след раждането. През пренаталното развитие тази функция изпълнява първо жълтъчният мехур, а после черният дроб.
Основното вещество на червения костен мозък е съединителна тъкан, наречена строма. Съставена е от клетки с мезенхимен произход, наречени стромални или ретикулни. Те и образуваните от тях влакна образуват фина тримерна мрежа, дала името им (reticulum, лат. – фина мрежа). Между ретикулните клетки се разполагат кръвни клетки от различни типове и на различен етап на развитие. Кухините на мрежата са добра среда за тяхното делене и диференциране. Ретикулните клетки им подават сигнали – както чрез пряк допир, така и чрез секреция на паракринни фактори.
Червеният костен мозък е обилно кръвоснабден. Вените образуват в него разширения – синуси, през чиито стени зрелите кръвни клетки от костния мозък лесно преминават в кръвта.
Строеж на червения костен мозък. Различните структури
не са дадени в един мащаб. Силно опростено по Ванков и Гълъбов (1990) и Greep
& Weiss (1973).
2. Диференциране
на В-лимфоцитите в костния мозък
Плурипотентната кръвотворна стволова клетка дава клетка, наречена лимфоиден предшественик или лимфоидна стволова клетка. От лимфоидния предшественик водят началото си всички лимфоцити. Тези, които поемат В-лимфоцитния път на развитие, се наричат про-В-клетки. Те се делят и същевременно пренареждат гените за тежката си верига. На този етап клетката експресира ензима TdT.
Всеки отделен акт на VDJ-рекомбинация може да бъде успешен или неуспешен. Успешно е пренареждане, след което полученият ген кодира верига с нормална дължина. Неуспешни са пренарежданията, които дават неподходящо изместена рамка на четене или неуместен терминален кодон и съответно твърде къса полипептидна верига. Доколкото про-В-клетките са диплоидни, те имат две възможности за пренареждане на гените за тежката верига. Ако първият опит е неуспешен, прави се нов опит с хомоложната хромозома. При повторен неуспех клетката губи шанса си да стане функционален В-лимфоцит и загива чрез апоптоза.
Ако още първата VDJ-рекомбинация е успешна, клетката по някакъв начин забранява пренареждането на гените в хомоложната хромозома. Това явление се нарича алелно изключване. Без него един и същ В-лимфоцит би могъл да синтезира антитела с различна специфичност, което не е добра идея.
Щом се справи с VDJ-пренареждането, бъдещият В-лимфоцит синтезира тежка верига от клас мю (която остава в цитоплазмата) и става пре-В-клетка.
След като се делят известно време, пре-В-клетките започват да пренареждат гените за леката верига. Отново, ако VJ-рекомбинацията е успешна още при първия опит, алелът в хомоложната хромозома се изключва. Първо се пренареждат гените за капа-веригата. Ако и двата пъти рекомбинацията е неуспешна, опитва се с гените за ламбда-веригата. Така клетката има четири възможности да получи функционален ген за леката верига и е малко вероятно да се провали на този етап.
Щом се сдобие с ген за леката верига, развиващият се лимфоцит става незряла В-клетка. Тя вече е имунокомпетентна и експресира на повърхността си мембранен IgM-рецептор. Ако обаче на този етап рецепторът свърже антиген, клетката търпи апоптоза. Така автореактивните В-лимфоцити, т.е. които реагират срещу собствени съставки на организма, се елиминират още преди да завършат диференцирането си. Процесът се нарича отрицателна селекция.
Клетките, които оцелеят след селекцията, освен IgM започват да експресират на повърхността си и IgD. Това е знак за превръщането им в зрели В-клетки. Тежката делта-верига се получава чрез алтернативно зреене на пре-мРНК. Върху гените за тежката верига се синтезира дълъг първичен транскрипт. Освен екзоните за вариабилната област и константната мю-област той включва и разположените зад тях екзони за константната делта-област. След това при снаждането мю-екзоните се изрязват и се получава зряла мРНК за делта-веригата.
Получаване на тежки вериги за IgM и IgD от един
и същ набор гени чрез алтернативно полиаденилиране и снаждане
След като се сдобие с IgD-рецептори, В-лимфоцитът
става функционално годен. Евентуално свързване на антиген с рецепторите му вече
няма да го убие, а напротив – ще го активира. Тази зряла В-клетка вече е завършила
диференцирането си в костния мозък и може да го напусне, за да постъпи в някой
периферен лимфоиден орган.
Етапите на диференциране на В-лимфоцитите в костния мозък са обобщени на рисунката и таблицата по-долу.
3. Строеж на тимуса
Тимусът се състои от два симетрични дяла и е обвит в съединително-тъканна капсула. От нея навътре се спускат прегради, които раздробяват двата основни дяла на множество делчета. Периферната и вътрешната част на тимуса, наречени съответно кора (кортекс) и сърцевина (медула), се различават структурно и функционално.
Основната тъкан (стромата) на тимуса е мрежа от епителни клетки. Те имат ендодермален произход, понеже тимусът в ембриогенезата се развива като образувание на глътката. Освен тях в тимуса има и мононуклеарни фагоцити с костно-мозъчен произход. Те се срещат в сърцевината и са особено многобройни близо до границата й с кората. И двата типа клетки – епителни и мононуклеарни фагоцити, експресират ІІ клас МНС и следователно са антиген-представящи. Те осигуряват нужното микрообкръжение за Т-клетъчната диференцировка аналогично на ретикулните клетки за В-клетъчната диференцировка в костния мозък.
Строеж на тимусно делче. Различните структури не
са в един мащаб. Пунктирът е границата между кора и сърцевина. Опростено по
Hood et al. (1984) и Roitt (1994).
Развиващите се в тимуса незрели Т-лимфоцити се
наричат още тимоцити. Те търпят същите процеси като развиващите се В-лимфоцити
– пролиферация, диференциране, апоптоза.
След пубертета тимусът бавно намалява масата си (инволюира), но части от него запазват нормалната си структура и функция дори в дълбока старост.
4. Диференциране и селекция на Т-лимфоцитите в тимуса
Т-лимфоцитите, както и В-лимфоцитите, произлизат от лимфоидната стволова клетка в костния мозък. Първата клетка, детерминирана да стане Т-лимфоцит, се нарича протимоцит. Тя напуска костния мозък и по кръвен път постъпва в тимуса, привлечена от хемотактични фактори, които се секретират от тимусните епителни клетки.
Новопостъпилите протимоцити се разполагат във външните слоеве на кората, непосредствено под капсулата. В хода на развитието си те постепенно се придвижват навътре, така че по-централните части на тимуса съдържат по-зрели тимоцити.
Щом се настани в кората, клетката се дели, експресира TdT и пренарежда гените за бета-веригата на TCR2. Следват нови деления и пренареждане и на гените за алфа-веригата, за да се получи цялостен Т-клетъчен рецептор. Тези два етапа, които при В-лимфоцитите дадохме отделно, при Т-лимфоцитите за по-просто разглеждаме заедно. Докато преминава през тях, клетката се нарича кортикален двойно отрицателен тимоцит, понеже се намира в кортекса и не носи на повърхността си нито CD4, нито CD8.
Както и при развиващите се В-лимфоцити, отделните актове на V(D)J-рекомбинация имат различен успех. Ако функционален ген се създаде още при първия опит, хомоложната хромозома се подлага на алелно изключване. Ако и двата опита са неуспешни, клетката умира чрез апоптоза.
Щом се сдобие с Т-клетъчен рецептор, кортикалният тимоцит става двойно положителен, защото експресира на повърхността си и CD4, и CD8. За да разберем защо CD4 и CD8 са нужни на този етап, трябва да си спомним как Т-лимфоцитите взаимодействат с антигена. Докато В-лимфоцитите разпознават участък от нативен антиген, Т-лимфоцитите разпознават къс антигенен пептид, свързан с МНС. Затова, докато от развиващите се В-лимфоцити не се изисква да разпознават каквото и да било (а само да не разпознават собствени антигени), от развиващите се Т-лимфоцити се изисква да разпознават собствените МНС-антигени. С други думи, бъдещата Т-клетка трябва да има МНС-рестрикция. Именно затова са й нужни CD4 и CD8, които подпомагат свързването съответно с ІІ клас и І клас на МНС.
За да свързва добре чужд пептид + собствен МНС, тимоцитът трябва да има известно сродство към собствения МНС дори и без чужд пептид. Всъщност “МНС без чужд пептид” значи МНС със собствен пептид, понеже МНС-молекулите без пептид не могат да заемат правилната си конформация. Т.е. за да се провери дали тимоцитите имат МНС-рестрикция, трябва да им се предоставят собствени МНС, свързани с някакви собствени пептиди, доколкото в здрав неинфектиран тимус няма откъде да се вземат чужди пептиди. Вижда се, че диференцирането на Т-лимфоцитите е твърде деликатен процес. Тимоцити, които изобщо не се свързват с МНС + собствен пептид, няма да имат МНС-рестрикция и едва ли ще се свързват забележимо и с МНС + чужд пептид, защото площта на МНС е по-голяма от тази на пептида. Ако обаче дадена Т-клетка се свързва твърде силно с МНС + собствен пептид, тя ще е автореактивна. Ето защо добри са тези тимоцити, които се свързват слабо или средно с МНС + собствен пептид. Свързването трябва да не е много силно, но все пак да е забележимо, за да има шанс в бъдеще същият рецептор да се свърже силно с МНС + някакъв засега неизвестен чужд пептид.
Подборът на клетки, проявяващи някакво свойство в средна степен, би бил труден, затова той е разделен на два етапа с противоположни изисквания. Първо се подбират тимоцитите, свързващи в забележима степен МНС + собствен пептид. Процесът се нарича положителна селекция и протича в кортекса. Издържат го само тимоцитите, които имат МНС-рестрикция. След това те губят единия си маркер (или CD4, или CD8) и така стават единично положителни като зрелите Т-клетки.
Единично положителните тимоцити преминават в медулата. Там протича отрицателна селекция – подбират се клетките, които не свързват твърде добре МНС + собствен пептид. Оцеляват само тези тимоцити, които не са автореактивни. Те стават зрели Т-лимфоцити и се пускат да излязат в периферията.
Често се казва, че тимоцитите придобиват МНС-рестрикция
в кората, а толерантност към собствените антигени – в сърцевината. Може да се
помисли, че тимоцити, който не разпознават собствения МНС или са автореактивни,
по някакъв начин губят тези нежелани свойства. Разбира се, това не е вярно.
Процесите в тимуса (както и в костния мозък) не са инструктивни, а изцяло селективни.
Тимоцитите се подлагат на селекция, след като антигенният им рецептор е напълно
готов. Те са го сглобили на случаен принцип, без да могат да проверят какво
всъщност разпознава той. Ако впоследствие при селекцията се окаже, че рецепторът
разпознава не каквото трябва, клетката няма начин да избегне програмираната
смърт. При положителната селекция тимоцитите търпят апоптоза, защото не получават
сигнал за оцеляване в нужния момент, а при отрицателната селекция направо получават
сигнал за апоптоза. Като вземем предвид и клетките, загинали още преди селекцията
поради неуспехи във V(D)J-рекомбинацията, виждаме, че смъртността сред тимоцитите
е много висока. Само малка част от тях (под 10%) успяват да завършат своето
диференциране и да напуснат тимуса живи.
За селекцията отговарят клетките на тимусното микрообкръжение. Те представят на тимоцитите собствени МНС от двата класа + собствени пептиди и дават сигнали за оцеляване при положителната селекция и за смърт при отрицателната селекция. Интересно е, че двата вида селекция се осъществяват от различни клетъчни типове: положителната – от тимусните епителни клетки, а отрицателната – от мононуклеарните фагоцити.
Диференцирането на В- и Т-лимфоцитите в централните лимфоидни органи често се нарича антиген-независимо, защото не изисква контакт на развиващата се клетка с чужд антиген. В началните стадии на диференцирането си тя и не би могла да има отношение към антигените, понеже още не притежава рецептор за тях. След като стане имунокомпетентна, незрялата В- или Т-клетка може да разпознае антигена си, но не реагира на него по същия начин като зрялата. Причината е, че нормално на този етап тя контактува само със собствените антигени на организма. Те най-често я инактивират и тласкат към апоптоза, но дори когато я стимулират (при положителната селекция в тимуса), тя не се включва в имунен отговор срещу тях. Незрелите имунокомпетентни лимфоцити не биха се включили в имунен отговор и срещу чужд антиген, ако случайно срещнат такъв – по-скоро биха станали толерантни спрямо него. Едва след като завърши диференцирането си в централния лимфоиден орган, лимфоцитът става годен да изпълнява функцията си.
Основни източници
Ванков В., Г. Гълъбов. Анатомия на човека. Трето издание. Медицина и физкултура, София, 1990.
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.)
Davis C. (1998). B cell maturation. [Online] http://bioweb.wku.edu/courses/Biol328/Lecture11.html
Davis C. (1998). T lymphocyte maturation. [Online] http://bioweb.wku.edu/courses/Biol328/Lecture18.html
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.
Greep R.O., L. Weiss (Eds.). Histology. McGrow-Hill, 1973.
Hardy R.R., D. Allman, M. Asano, C.-J. Wei, S.A. Shinton, J. Li (1998). Fetal and adult B lymphocyte differentiation. [Online] http://www.fccc.edu/research/reports/report98/hardy.html
Hood L.E., I.L. Weissman, W.B. Wood, J.H. Wilson. Immunology. 2nd Edn. Benjamin Cummings, California, 1984.
Roitt I. Essential Immunology. 8th Edition. Blackwell, Oxford, 1994.
Suzuki G., H. Sawa, Y. Kobayashi, Y. Nakata, K. Nakagawa, A. Uzawa, H. Sakiyama, S. Kakinuma, K. Iwabuchi, K. Nagashima (1999). Pertussis toxin-sensitive signal controls the trafficking of thymocytes across the corticomedullary junction in the thymus. J. Immunol. 162: 5981-5985.
URL http://www.mayamarkov.com/biology/I08Bonethymus/I08Bonethymus.htm
Публикувано 2006
Copyright © Майя Маркова
Предишен раздел
Основна страница
Следващ раздел