Этапы дифференцировки В-лимфоцитов в костном мозгу

24.10.2015

Процесс дифференцировки В-лимфоцитов в костном мозгу состоит из ряда этапов (ранняя и поздняя про-В-клетка, пре-В-клетка, незрелая и зрелая В-клетка), включающих на их протяжении реанжировку генов цепей иммуноглобулинов (Ig), формирующих В-клеточный рецептор (BCR — В cell receptor) с коэкспрессией на клеточной мембране его двух типов — IgM и IgD; активацию генов, обеспечивающих мембранную экспрессию ряда молекулярных структур, необходимых для эффективного прохождения внутриклеточного сигнала от взаимодействующего с антигеном рецептора к ядру клетки; активацию генов для экспрессии на мембране их продуктов, обеспечивающих возможность взаимодействия В-лимфоцитов с молекулярными структурами других клеток (CD40, CD45, МНС-II, ИЛ-2R, ИЛ-7R), включая корецепторные молекулы CD19, CD20, CD21; развитие толерантности (ареактивности) к антигенам собственных тканей. Выселяющиеся из костного мозга зрелые В-лимфоциты мигрируют в лимфоидные фолликулы периферических органов системы иммунитета, где происходит их окончательное дозревание, завершающееся установлением ареактивности к антигенам собственного организма.
На стадии про-В клетки содержат нерекомбинированную (зародышевую) ДНК, иммуноглобулиновые молекулы не экспрессируют, но имеют на мембране маркерные антигены — CD43, CD19 и CD10. Помимо этого, на про-В-клетках экспрессируются рецептор (CD117) для фактора стволовых клеток SCF (Stem cell factor), рецептор для ИЛ-7 и рецептор для фактора клеток стромы SDF (Stromal cell-derived factor). Эти структуры усиливают митотическую активность и поддерживают пролиферацию предшественников В-клеток. Поздние про-В-клетки несут также белковые продукты генов, активирующих процесс рекомбинации — RAG (Recombination-activating genes), и терминальную дезоксинуклеотидилтрансферазу — TdT (Terminal deoxynucleotidyl transferase) — ключевые ферменты, участвующие в процессе формирования множественности антигенраспознающих структур В-лимфоцитов и иммуноглобулиновых молекул. На стадии про-В начинаются процессы рекомбинации генных сегментов тяжелой цепи Ig.
На следующей пре-В-стадии завершается рекомбинация генов тяжелых цепей Ig и наблюдается экспрессия на клеточной мембране пре-В-рецептора, включающего тяжелую μ-цепь Ig, два полипептида — CD79a (Igα) и CD79b (Igβ), необходимые для передачи внутриклеточного сигнала, а также два нековалентно связанных полипептида, образующих суррогатную легкую цепь. Пpe-В-клетки экспрессируют также ряд молекул адгезии, в частности VLA-4 (Very late activation antigen 4 — очень поздний активационный антиген), удерживающих их в костном мозгу в течение необходимого для дифференцировки времени, несут на мембране маркеры B220lo и антиген CD43.
Подобно реанжировке генов тяжелых цепей μ, на поздней стадии пре-В-клеток происходит реанжировка генов легких цепей. Вначале реанжируются гены к-цепей, затем цепей λ. В результате развивающегося процесса аллельного исключения (Allelic exclusion) каждый отдельный В-лимфоцит несет только цепь к или только цепь
На стадии незрелых В-клеток после интенсивной пролиферации и накопления массы клеток заканчивается реанжировка генов легких цепей Ig, завершающаяся экспрессией на незрелых В-клетках Аг-распознающего рецептора (BCR), состоящего из легкой цепи (к или λ), тяжелой цепи (μ) и двух цепей Ig (Igα и Igβ). На этой стадии В-клетки утрачивают антиген CD43, в качестве маркера стадии выступает мембранный IgMlo, происходит редактирование рецептора, клетки подвергаются негативной селекции (делеции). Стадия незрелых В-клеток является важным этапом в созревании В-лимфоцитов и в установлении толерантности к АГ собственного организма. В этот период на этапе экспрессии BCR, но до появления на мембране IgD, происходит «выбраковка» клеток, способных с высокой степенью аффинности связывать антигены, имеющиеся на территории костного мозга, и активироваться под их влиянием. Такие клетки элиминируются в результате развития их апоптотической гибели. Такой механизм установления ареактивности к «своему» называют клональной делецией (Clonal deletion), т.е. уничтожением клона клеток, реагирующих на собственные антигены.
Процессы элиминации аутореактивных клеточных клонов продолжают функционировать и на территории периферических лимфоидных тканей, как на уровне незрелых (экспрессируют BCR, но не несут IgD), так и на уровне зрелых В-клеток. В этих случаях связывание АГ-распознающего рецептора незрелых В-лимфоцитов с растворимым антигеном или зрелых В-клеток с большими дозами растворимого АГ сопровождается анергией. Клетка апоптотической гибели не подвергается, но прохождение активирующего сигнала в клетку блокируется и клетка под влиянием антигена не активируется. Однако в случае связывания незрелой В-клеткой больших доз антигена в периферических лимфоидных тканях, как и на территории костного мозга, развиваются процессы клональной делеции. Среди незрелых В-лимфоцитов как костного мозга, так и периферических лимфоидных тканей, возможен и иной механизм отмены реактивности с собственными антигенами. В небольшом числе случаев связывание IgM в составе BCR с антигеном приводит к «редакции» рецептора, т.е. к индукции процесса новой реанжировки генов, в результате которой формируется структура, не способная взаимодействовать с АГ собственного организма. Такие клетки не подвергаются апоптозу и функционируют в защитных реакциях организма. В целом, в результате процессов позитивной и негативной селекции формируются клеточные формы, толерантные к антигенам собственного организма и способные активироваться под влиянием чужеродных антигенов.
Завершение В-лимфопоэза характеризуется экспрессией IgM, а затем и IgD и эмиграцией зрелых В-лимфоцитов из костного мозга, зрелые В-клетки приобретают способность к активации (пролиферации и дифференцировке). Маркерами стадии зрелых В-клеток служат мембранные молекулы IgD, IgM и CD23.
Проведенные расчеты показывают, что в костном мозгу мышей ежедневно вступает в митоз 30-40 млн клеток. Из них больше половины (примерно 2/3) подвергается «выбраковке» и апоптотической гибели. В результате эмиграции выживших клеток ежедневно обновляется 5-10% (по некоторым оценкам 3-25%) общего числа В-клеток. Эти клетки плохо рециркулируют, вне фолликулов их продолжительность жизни не превышает 3-х дней, в фолликулах — от 3-8 нед. до нескольких месяцев. В течение этого периода времени возможны 3 исхода — клетка активируется антигеном и дифференцируется в продуцента антител, клетка подвергается антигенной стимуляции и функционирует в качестве В-клетки памяти, клетка антигеном не активируется и подвергается апоптотической гибели. Содержание В-клеток в периферической крови разных видов животных и человека, в сравнении с содержанием в крови Т-лимфоцитов, показано в табл. 1.3. Каждый В-лимфоцит несет на мембране примерно 10- молекул BCR.