Свойства иммуноглобулинов (антител)

25.10.2015

Основные свойства иммуноглобулинов включают связывание специфического антигена, индуцировавшего их образование, и их взаимодействие с Fc-рецептором эффекторной клетки или клетки-мишени. В результате связывания патогена антитела препятствуют его распространению в организме, в случае связывания токсических продуктов они способствуют их нейтрализации. В то же время, фиксируя компоненты системы комплемента, антитела обеспечивают их активацию. Соединение такого комплекса с антигеном приводит к усилению эндоцитоза последнего или к разрушению мембраны клетки-мишени мембраноатакующим комплексом активированных компонентов комплемента.
He менее важным в защитных функциях иммуноцитов является взаимодействие Fc-фрагментов антител с их Fc-рецепторами (табл. 11.6). Такое взаимодействие, индуцированное распознаванием антителами антигена на клетке-мишени, сопровождается развитием реакции антителозависимой клеточной цитотоксичности (АЗКЦ), индуцирующей разрушение клетки-мишени. В то же время взаимодействие Fc-фрагмента антител, например класса IgE, с Fc-рецептором клетки-мишени, например тучной клетки или базофильного гранулоцита, в случае распознавания антителом специфического аллергена сопровождается дегрануляцией такой клетки и развитием аллергических воспалений под влиянием секретированных биологически активных продуктов. Этот механизм лежит в основе патогенеза анафилактических реакций.

Свойства иммуноглобулинов (антител)

Fс-рецепторы характеризуются как мембранные структуры преимущественно клеток миелоидного ряда, хотя некоторые из рецепторов этого семейства экспрессируются на поверхности дендритных клеток (FcγRI и FcγRII-A), В- (FcγRII-B1 и Fcα/μR) и NK-лимфоцитов (FcγRIII) (табл. 11.6). Эти рецепторы относятся к суперсемейству иммуноглобулинов, распознают иммуноглобулин одного изотипа или нескольких близкородственных изотипов через взаимодействие с α-цепью Fc-рецептора. α-Цепь Fc-рецепторов представлена внеклеточными доменами — одним (Fca/μR), тремя (FcγRI) или двумя (все остальные Fc-рецепторы), трансмембранным участком и цитоплазматическим сегментом, соединенным с внутриклеточным сигналпередающим γ-подобным доменом (FcγRII-A) или с внутриклеточным доменом ITIM (от Immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif — тирозинсодержащие ингибирующие последовательности аминокислот в иммунорецепторе), подавляющим прохождение внутриклеточного сигнала (FcγRII-B1 и FcγRII-B2) (рис. 11.13). Во всех других Fc-рецепторах их цитоплазматические сегменты соединены с сигналпередающими γ-цепями (FcγRI и FcαRI), γ- или ζ-цепью (FcγRIII), β- и γ-цепью (FcεRI).
Свойства иммуноглобулинов (антител)

В табл. 11.7 показаны (по данным разных авторов) основные свойства иммуноглобулинов разных классов человека. Использование антител в качестве антигена сопровождается развитием иммунного ответа против иммуноглобулинов и продукцией антител к их антигенным детерминантам, специфичность которых отражает антигенную структуру иммуноглобулиновых молекул.
Свойства иммуноглобулинов (антител)

Антигенные детерминанты иммуноглобулинов подразделяют на четыре типа, определяющие их изотипические, аллотипические, идиотипические и вариотипические различия.
Изотип иммуноглобулинов определяет вариант классов и субклассов антител по тяжелым цепям (у человека — IgM, IgE, IgD, IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, IgA1, IgA2), характеризует антигенные различия константных доменов тяжелых (μ, ε, δ, γ, α) и легких (κ, λ) цепей.
Аллотипы иммуноглобулинов были открыты в 1956 году — Oudin J. (у кроликов) и Grubb R. (у человека), представляют собой аллельные продукты иммуноглобулиновых генов, определяют вариант антител в пределах изотипа, характеризуют антигенные отличия иммуноглобулинов одной особи от иммуноглобулинов другой особи одного и того же вида. Описаны аллотипические варианты классов и субклассов антител, используемые в качестве их маркеров. Так, в константных доменах легких κ-цепей иммуноглобулинов человека аллотипическими маркерами являются аллотипы Km или InV — Km(1), Km(2), Кт(3). Значительное число аллотипических вариантов (более 20) выявлено в доменах константных областей (Сн1, Сн2, Сн3) субклассов IgG человека — G1m (IgGl), G2m (IgG2), G3m (IgG3), Gm4 (IgG4). Среди субклассов человеческого IgA — IgA1 и IgA2 аллотипы обнаружены в константном домене СНЗ антител субкласса IgA2: A2m(l) и A2m(2). Аллотип A2m(l) отличается от всех других иммуноглобулиновых молекул тем, что эти молекулы не имеют дисульфидных связей между легкими и тяжелыми цепями, которые соединены нековалентными связями. Вместо этого дисульфидные связи имеются между двумя легкими и двумя тяжелыми цепями. У антител субкласса IgA1 аллотипы не обнаружены. Аллотипические варианты иммуноглобулинов идентифицированы у мышей, крыс, кроликов.
Термин идиотип (Id — Idiotype) иммуноглобулинов впервые ввел в 1966 году J. Oudin. Идиотипы характеризуют антигенную специфичность индивидуальной молекулы антитела, локализуются в вариабельных областях легких и тяжелых цепей иммуноглобулинов, в частности, в их антиген-распознающей области. Отдельные идиотипические детерминанты, в сумме определяющие идиотип иммуноглобулиновой молекулы, именуются идиотопами. Антитела с одинаковыми идиотипическими характеристиками могут продуцироваться у разных особей, иммунизированных одним и тем же антигеном. Такие идиотипы называются общими (public) или перекрестно-реагирующими. Перекрестно не реагирующие или частые идиотипы представляют собой уникальные маркерные структуры антител. В ряде случаев активный центр, или паратоп антител иммунизируемой особи воспроизводит структуру иммунизирующего эту особь антигена. Такой активный или антигенсвязывающий центр именуют внутренним образом антигена. Поскольку идиотипические детерминанты локализуются не только на антителах, но и на антигенраспознающих рецепторах T- и В-лимфоцитов, взаимодействие идиотип-анти-идиотип и анти-идиотип-анти-антиидиотип составляет регуляторную идиотипическую сеть (Idiotypic network), постулированную Н. Ерне (Niels Jerne) в 1974 году. По предложенной гипотезе идиотип-антиидиотипические взаимодействия носят физиологический характер. Подавляя или усиливая проявление иммунологических реакций, они поддерживают иммунную систему в определенном равновесном состоянии, сохраняя иммунологический гомеостаз данной конкретной особи.
Bapиoтип иммуноглобулинов характеризует антигенные особенности инвариантных (консервативных) детерминант вариабельных доменов легких и тяжелых цепей антительной молекулы. Считается, что вариотипические детерминанты идентичны в антителах различной специфичности животных одного и того же вида.
Помимо антигенных особенностей иммуноглобулины характеризуются эффективностью их взаимодействия с антигеном, определяющей биологические свойства антител. Взаимодействие иммуноглобулина с антигеном требует физиологических значений таких параметров, как ионная сила, концентрация солей, pH, осуществляется с помощью ионных, гидрофобных, водородных и ван-дер-ваальсовых связей (рис. 11.14). По типу соединения с антигеном антитела характеризуются аффинностью и авидностью.
Свойства иммуноглобулинов (антител)

Аффинность иммуноглобулинов характеризует прочность связи антигенсвязывающего (активного) центра антител с индивидуальным эпитопом антигена, авидность — суммарную силу взаимодействия антитела с антигеном. В процессе формирования иммунного ответа и его прогрессирования происходит созревание аффинитета антител, обусловленное двумя основными факторами — мутациями, увеличивающими сродство антител к соответствующему эпитопу, и селекцией клеток в зародышевых центрах, направленной на отбор клеток с рецепторами, отличающимися повышенным сродством к антигену.
Нормальные антитела
В периферической крови особей разных видов выявляются так называемые естественные, или нормальные антитела с широким спектром иммунологической реактивности. Такие антитела относятся к разным изотипам, характеризуются рядом особенностей, но основное, что позволяет относить их к единому семейству, так это то, что они обнаруживаются у неиммунизированных особей.
Одна из групп антител этого семейства характеризуется как изоантитела, взаимодействующие с изоантигенами эритроцитов групп крови А и В. α-Изоантитела определяются в крови лиц с эритроцитарными изоантигенами В, тогда как β-изоантитела содержатся в крови лиц с эритроцитарными изоантигенами А. Изоантитела, агглютинирующие изоантигены, именуют изогемагглютининами, индуцирующие гемолиз эритроцитов — гемолизинами. Типирование эритроцитарных изоантигенов и определение изоантител в крови является важнейшим приемом предотвращения иммунологических реакций несовместимости при переливаниях крови.
К семейству нормальных антител относят также иммуноглобулины, продуцируемые B1-лимфоцитами. Такие антитела относятся к изотипу IgM, изотопическое переключение в клетках, их продуцирующих, отсутствует. Несмотря на установленное взаимодействие В1-лимфоцитов с γδТ-лимфоцитами, считается, что Т-лимфоциты в продукции таких антител не участвуют, а сами антитела скорее относятся к гуморальным факторам врожденного иммунитета, нежели адаптивного, В1-лимфоциты иммунологическую память не формируют, а продуцируемые ими антитела характеризуются как естественные антитела низкой авидности, преимущественно реагирующие с полисахаридами. Несмотря на то, что мыши с дефицитом по B1-клеткам по сравнению с животными, не имеющими B1-дефицита, более восприимчивы к стрептококковой инфекции, роль BI-клеток в защитных реакциях не ясна. Анализируя функции 81-лимфоцитов в монографическом обобщении «Иммунитет», A.L. DeFranko и др. полагают, что B1-клетки функционируют как компоненты врожденного иммунитета, продуцируют антитела до экспозиции с антигеном, а сами антитела относятся к нормальным.
Спонтанной секрецией полиспецифических антител класса IgM и в небольших количествах IgG3, подобно B1-лимфоцитам, характеризуются и MzB-клетки.
P.M. Хаитов и соавт. в семейство нормальных (конститутивных) антител включает низкоаффинные, но высокоавидные полиреактивные аутоантитела преимущественно класса IgG (антитела содержат также молекулы классов IgM и IgA), выявляемые не только у взрослых лиц до экспозиции с антигеном, но и у новорожденных в пуповинной крови. Авторы считают, что мишенями для нормальных иммуноглобулинов являются идиотипы вариабельных областей других иммуноглобулинов, каркасные и невариабельные участки Т-клеточных рецепторов для антигена, молекулы CD4, CD5 и HLA-I, Fe-рецепторы, лиганды для молекул межклеточной адгезии и др. В связывании антигенов нормальными антителами принимает участие область CDR3 Vн-домена тяжелых цепей, а антигенсвязывающий центр нормальных иммуноглобулинов кодируется зародышевыми V-генами. Считается, что нормальные антитела представляют собой первую линию противомикробной защиты, поддерживают гомеостаз аутоиммунной реактивности и обеспечивают выведение из организма поврежденных собственных компонентов, оказывают противовоспалительное действие и др.
Другая группа нормальных антител представляет собой абзимы — аутоантитела с широкой степенью специфичности, обнаруживаемые у клинически здоровых лиц. Абзимы потенциально способны к выполнению ряда эффекторных функций, основные из которых — катализ и цитотоксичность, играют важную роль в регуляции жизнедеятельности клеток. Среди абзимов наиболее изучены аутоантитела с протеолитической активностью (протеоабзимы) и аутоантитела с ДНК-гидролизующей активностью (ДНК-абзимы) — С.В. Сучков и др.
Оказалось, что природные ДНК-абзимы (аутоантитела класса IgG) обладают свойствами нуклеаз, проявляют двойственную активность в структуре единой функционально активной молекулы — антитела и фермента, их каталитическая активность локализуется в Fab-, но не в Fc-фрагменте. При проникновении в живую клетку и в ядро ДНК-абзимы проявляют коррелирующие между собой ДНК-гидролизующие и цитотоксические свойства. Показана связь цитотоксической активности ДНК-связывающих абзимов с индукцией ими апоптотической гибели клеток, Цитотоксическую активность проявляли также белки Бенс-Джонса с ДНК-гидролизующей активностью, выделенные из мочи больных с миеломной болезнью.
Протеолитическая активность протеоабзимов (аутоантитела класса IgG) описана в отношении основного белка миелина, миозина (скелетного и кардиомиозина) и VIP-нейропептида — основного маркера бронхиальной астмы. Ведутся поиски абзимов, способных метаболизировать и обезвреживать широкую группу наркотических веществ и токсических ядов.
Суперсемейство иммуноглобулинов
Доменная структура иммуноглобулинов и сходность иммуноглобулиновых доменов с доменами, входящими в состав других молекул, дали основания для объединения на этой основе самых разных структур.
Домены — дискретные структурные единицы, обеспечивающие организацию белковой молекулы, образуют замкнутую дисульфидной связью петлю (глобулу) длиной около 110 аминокислотных остатков. По отдельным данным, домены включают до 150 аминокислотных остатков. Домены представляют собой устойчивые гомологичные формирования, характерные для третичной структуры (пространственной укладки) полипептидной цепи молекулы иммуноглобулина или мембранного рецептора.
Поскольку иммуноглобулинам принадлежит ключевая роль в иммунных процессах и в связи с тем, что их структура в историческом плане была расшифрована одной из первых, все эти структуры были объединены в суперсемейство иммуноглобулинов. Суперсемейство включает свыше 500 различных белков, иммуноглобулиновые домены которых формируют, по меньшей мере, 75 различных комбинаций. Принадлежность ряда молекул адгезии к супер-семейству иммуноглобулинов определяет структурное сходство их доменов. Члены суперсемейства имеют от одного до семи внеклеточных доменов, заякоренных в мембране трансмембранной спиралью. Аминокислотные остатки доменов уложены в 7-9 β-слоев двух складок, обычно стабилизированных внутримолекулярной дисульфидной связью.
В состав суперсемейства иммуноглобулинов входят такие структуры, как молекулы CD2, CD3, CD4, CDS, MHC-I и MHC-II, BCR (мономерный sIgM) и TCR (αβ и γδ), Fс-рецепторов, ряда молекул адгезии и др.
Моноклональные антитела
Необходимость получения большой массы гомогенных антител для изучения структуры их строения и функций обусловили интенсивный поиск источника полностью идентичных иммуноглобулиновых молекул, поскольку антитела нормальных доноров характеризовались широким спектром различий и не давали такой возможности. В 1955 году Генри Кункель (Н. Kunkel) впервые описал моноклональность миеломных белков, а М. Поттер (М. Potter) в начале 60-х годов прошлого столетия разработал относительно простой способ получения индуцированных миелом у мышей. Как оказалось, миеломные белки вырабатываются клоном злокачественно перерожденной плазматической клетки и составляют более 95% природно очищенных абсолютно одинаковых сывороточных антител какого-либо одного класса (IgM, IgG или IgA) с одним типом легких цепей — к или А. Использование миеломных белков оказалось высокопродуктивным для изучения структуры и функций иммуноглобулинов.
Другой подход для получения массы гомогенных антител разработали в 1975 году Жорж Жан Франц Кёлер (Georges Jean Franz Kohler) и Сезар Милстайн (Cesar Milstein). Используя метод гибридизации соматических клеток, авторы получили гибридные клетки in vitro между спленоцитами иммунных мышей и клетками миеломы (Нобелевская премия, 1984 г.). Клон дочерних клеток, полученный от одного сконструированного гибрида, характеризовался способностью к неограниченному размножению и к выработке только одного класса иммуноглобулинов с одним типом легких цепей. Разработка проблемы индуцировала формирование нового направления исследований — иммунную биотехнологию. Моноклональные антитела стали незаменимым инструментом исследований структуры и функций иммуноглобулинов, клеток иммунной системы, широко используются в практической медицине для диагностики иммунодефицитов и иммунозависимых патологических состояний, оценки эффективности проводимой иммунотерапии и др.