Иммуногенетика

24.10.2015

Исследование механизмов формирования и регуляции иммунологических реакций показало ведущую роль в этих процессах генетических факторов и привело к открытию генов иммунного ответа. Как и в случае особенностей развития реакций гуморального и клеточного иммунитета, особенностями характеризовался и генетический контроль их индукции и протекания.
Действие генов на иммунный ответ изучает иммуногенетика. Термин «иммуногенетика» ввел американский исследователь проф. М. Ирвин в 1933 году.
Одни из ранних исследований по генетической зависимости продукции антител относятся к 30-м годам прошлого века. Калинин B.C. и соавт.показали, что конкордантность (совпадение) по количеству ряда гуморальных факторов у человека, включая вырабатываемые антитела к разным антигенам, наблюдается примерно у 80% монозиготных близнецов, тогда как у дизиготных близнецов такое совпадение составляет около 20%. Сходные данные на инбредных мышах получил J.K. Dineen. Было доказано, что продукция антител животными к эритроцитам барана, использованным в качестве антигена, преимущественно обусловлена генетическими причинами и лишь 2,7% приходятся на вариации, обусловленные факторами внешней среды. Kleсzkowska I., Kleczkowski А. разделили кроликов по продукции антител к антигенам человеческой сыворотки на слабо отвечающих, средне отвечающих и сильно отвечающих. Скрещивание животных, различающихся по уровню антителообразования, продемонстрировало наследственную обусловленность иммунного ответа, слабый тип ответа наследовался как рецессивный признак. Леви М.И. и соавт. обнаружили существенные различия в продукции антител к возбудителю чумы у полуденных песчанок, обитающих на левом и правом берегах нижнего течения реки Волги. Многочисленные последующие исследования различных научных коллективов разных стран, развивавшиеся в течение многих лет, продемонстрировали оппозитность реагирования у разных животных к различным антигенам. Было установлено, что слабый ответ к антигену может наследоваться не только как рецессивный, но и как доминантный признак, доказана конкретность иммунного ответа, выраженность которого наследственно обусловлена и подчиняется генетическим законам Менделя, Основной вклад в решение проблемы генетического контроля иммунного ответа внесли исследования, выполненные на инбредных животных (преимущественно на мышах и морских свинках) с применением различных молекул — синтезированных полимеров в виде линейных и многоцепочечных разветвленных полипептидов с повторяющейся аминокислотной последовательностью или конъюгатов гаптена (преимущественно динитрофенила, ДНФ) с различными белками или аминокислотными полимерами.
Исследованиями на морских свинках Нобелевского лауреата американского иммунолога Б. Бенасеррафа и соавт. был выявлен аутосомный доминантный ген PLL, контролирующий иммунный ответ морских свинок на иммунизацию конъюгатом ДНФ-полилизин. Гибридологический анализ, проведенный Хуго MaкДевиттом и Майклом Села на мышах инбредных линий, оппозитно реагирующих на иммунизацию синтетическим полипептидом (T,G)-A-L и его модификации, обнаружил ген Ir-1 (Immune responsiveness-1 gene), контролирующий иммунный ответ на используемый антиген. Последующие исследования различных научных коллективов не только подтвердили полученные факты и справедливость сформированных заключений, но и существенным образом расшили их и углубили. В целом считается, что открытие генов иммунного ответа стало возможным в результате большого количества исследовательских работ разных авторов, наибольший вклад в которые внесли Б. Benacerraf и В.В. Levine, проводившие исследования на морских свинках, и Н.О. McDevitt и М. Sela, изучавшие продукцию антител у мышей инбредных линий.
В 1966 году Р.В. Петров и В.М. Манько впервые описали гены иммунного ответа, контролирующие иммунный ответ к микробным антигенам.
Одновременно с изучением регуляторного влияния генетических факторов на продукцию антител развивались исследования по анализу действия генов на клеточный иммунитет. Одни из первых исследований были направлены на изучение зависимости приживления или отторжения опухолевого аллотрансплантата от генотипа используемых животных, в частности «японских танцующих» мышей. Эти исследования развивали C.D. Jensen; С.С. Little; Tyzzer Е.Е, и др. В 1914 году Кларенс Литтл обнаружил, что приживление опухолевого аллотрансплантата контролируется доминантными генами реципиента. Расширение и углубление этих исследований требовало выведения новых линий мышей, которые стали важным инструментом биомедицинских исследований. К. Литтл был первым онкологом-экспериментатором, начавшим выведение новых линий мышей. Разведение и поддержание линейных мышей в Советском Союзе осуществляется с 1943 года, одним из основателей этих работ явился генетик Николай Николаевич Медведев. Пo свидетельству Н.Н. Медведева, все основные и наиболее древние линии мышей выведены в США. Эту работу возглавлял К. Литтл, под руководством которого работали Биттнер, Снелл, Стронг, Хестон и др. авторы.
В 1916 году К. Литтл и Э. Тиццер сформулировали основные законы генетической теории трансплантации опухолей, в основе которых лежат иммуно-генетические взаимоотношения опухолевого трансплантата и его реципиента. Выведенные законы обеспечили прочную основу для дальнейшего развития иммуногенетических исследований. Эти законы сводятся к следующему:
• опухолевые трансплантаты в пределах той линии, в которой спонтанная опухоль первоначально возникла, прогрессивно растут и убивают 100% животных;
• опухолевые трансплантаты внутри данного вида, но за пределами той линии, в которой опухоль возникла, не растут или растут временно и рано или поздно рассасываются;
• опухолевые трансплантаты прогрессивно растут и убивают 100% гибридов F1, полученных от скрещивания животных двух линий, у одной из которых возникла данная спонтанная опухоль;
• опухоли прогрессивно растут и убивают только часть животных F2, полученных от прямого и возвратного скрещиваний гибридов F1 с невосприимчивым родителем. Процент восприимчивых животных в этих случаях может быть большим или меньшим, зависящим от генетического родства между опухолью и невосприимчивым хозяином, но не превышает 75% для животных F2 от прямого скрещивания и 50% — для животных F2 от возвратного скрещивания гибридов F1 с невосприимчивым родителем;
• опухоль, возникшая у гибрида F1 от скрещивания мышей чистых линий, прогрессивно растет и убивает 100% гибридов F1, но не растет на животных исходных линий. Она растет также у части мышей F2 от прямого и возвратного скрещиваний;
• опухоль, возникшая у гибрида второго или дальнейших поколений, полученного от скрещиваний мышей любых двух линий, прогрессивно растет и убивает 100% гибридов F1.
Развивая эти исследования, J.B.S. Haldane в 1933 году обнаружил, что в опухоли сохраняются многие аллоантигены той ткани, из которой она возникла. Это привело его к предположению о том, что эти аллоантигены опухоли стимулируют иммунный ответ реципиента существенно эффективнее, по сравнению с ее опухолеспецифическими антигенами. Проверка этой гипотезы требовала определения групп крови у мышей разных инбредных линий. В 1936-1938 гг. английский патолог Питер Горер, получивший титул «отца исследований гистосовместимости» (рис. 8), описал у мышей 4 антигена групп крови — I, II, III и IV. Оказалось, что отторжение опухолевого аллотрансплантата сопровождается образованием у реципиента агглютининов к эритроцитам донорской линии. Исследования установили, что приживление опухолевого трансплантата контролируется двумя или тремя генами, один из которых является доминантным геном, контролирующим антиген II группы крови. Эксперименты П. Горера, ставшие классическими, показали, что регрессия опухолевого аллотрансплантата имеет иммунологическую основу, а гены, контролирующие отторжение опухолевого аллотрансплантата представляют собой те же гены, которые кодируют аллоантигены.

Иммуногенетика

При этом нормальные и опухолевые ткани содержат генетически контролируемые изоантигены, против которых реципиент развивает иммунный ответ. В 1948 году американский генетик, Нобелевский лауреат Джордж Снелл ввел термин «антигены гистосовместимости» (Histocompatibility antigens) для обозначения специфичностей, определяющих совместимость тканей, и «гены гистосовместимости», или Н, genes (Histocompatibility genes), для обозначения генов, детерминирующих эти антигены. В 1953 году Д. Снеллом и соавт. система гистосовместимости мышей была названа Н-2 (Histocompatibility-2) от названия эритроцитарного антигена II, открытого английским патологом Питером Горером.
В 1958 году другой Нобелевский лауреат, французский врач Жан Доссе открыл первый лейкоцитарный антиген человека — антиген Мае и затем доказал, что лейкоцитарные антигены человека являются антигенами гистосовместимости. Была введена аббревиатура HLA (Human Leukocyte Antigens — антигены лейкоцитов человека), доказано, что антигены HLA человека гомологичны антигенам 11-2 мышей. Изучение строения комплекса генов человека, детерминирующих синтез трансплантационных антигенов HLA (генов главного комплекса гистосовместимости человека HLA), было стремительным. К 1965 году было идентифицировано 10 антигенов HLA, к 1977 г. — 77, к 1980 г. — 91, к 2000 г. — 1221, к 2005 г. — 1828. Важнейший этап развития иммуногенетики был связан с получением Б. Бенацеррафом доказательств связи генов иммунного ответа — Ir-генов с генами главного комплекса гистосовместимости животных, а потом и локализации этих генов в пределах комплекса Н-2. Эти факты индуцировали развитие важнейших исследований в области изучения биологической роли комплекса HLA. За разработку этих иммуногенетических проблем Д. Снелл, Ж. Доссе и Б. Beнацерраф были удостоены в 1980 году Нобелевской премии.
Рассматривая основные направления в изучении строения и функций главного комплекса гистосовместимости, Ю.М. Зарецкая приводит имена ведущих его исследователей. Среди них, помимо Жана Доссе, Джон Ван-Руд — в 1961-1963 гг. создал и обосновал учение о многолокусном строении комплекса HLA, впервые открыл экспрессию антигенов HLA класса II на В-лимфоцитах; Поль Терасаки — в 1967-1970 гг. создал микрометод лимфоцитотоксического теста, обеспечивший возможность типирования антигенов HLA, изучения строения и функций главного комплекса гистосовместимости; Юлия и Вальтер Бодмеры (J. Bodmer, W. Bodmer, Великобритания) — разработали методологию генетической статистики комплекса HLA; Питер Догерти и Рольф Цинкернагель, Нобелевские лауреаты, в 1974 году открыли эффект двойного распознавания, в соответствии с которым система иммунитета распознает как молекулу главного комплекса гистосовместимости, так и представляемую ею молекулу чужеродного антигена.
В конце 60-х — начале 70-х годов XX века начала интенсивно развиваться проблема взаимосвязи между комплексом HLA и предрасположенностью или устойчивостью к различным заболеваниям — аутоиммунным, инфекционным, онкологическим и др. Эта проблема получила название «НLА и болезни». Значимый вклад в изучение проблемы HLA внесли К. Маллис и Ф. Фалун, разработавшие метод HLA-генотипирования с помощью полимеразной цепной реакции для выявления специфичностей HLA.
Существенный вклад в разработку актуальных иммуногенетических проблем и в изучение строения и функций комплекса генов HLA внесли разработки отечественных исследователей — академика Р.Б. Петрова (Москва), академика P.M. Хаитова (Москва), академика РАМН Е.А. Зотикова (Москва), профессора Ю.М. Зарецкой (Москва), профессора Л.П. Алексеева (Москва), профессора Л.Н. Бубновой (Санкт-Петербург), профессора В.И. Коненкова (Новосибирск), профессора Г.А. Зайцевой (Киров) и многих других.