Генетический контроль выработки антител

25.10.2015

Установление фактов генетического контроля иммунного ответа на антигенное раздражение и локализации генов иммунного ответа (Ir-genes — Immune response genes) в регионе генов класса II Главного комплекса гистосовместимости — MHC (от Major histocompatibility complex) явилось одним из важнейших достижений фундаментальной иммуногенетики. Разработка этой проблемы началась в 30-е годы XX века, ее генетический фундамент оформился в конце 60-х годов в результате открытия генов иммунного ответа у мышей и у морских свинок и был окончательно сформирован присуждением Нобелевской премии Г. Снеллу, Ж. Доссе и Б. Бенацеррафу за исследование генетики главного комплекса гистосовместимости.
В 1935 г. B.C. Калинин и соавт. впервые продемонстрировали значимость генетических факторов в регуляции иммунного ответа у человека. За этими исследованиями последовали многие другие, направленные на изучение генетического контроля разных параметров врожденного и приобретенного иммунитета с использованием разных видов животных и множества различных антигенов.
Исследования генетической обусловленности адаптивного иммунитета были представлены двумя основными группами наблюдений. Одни из них характеризовали генетический контроль приобретенного иммунного ответа к синтезируемым линейным и разветвленным аминокислотным полимерам с заменой в различных образцах отдельных аминокислот. Другие были направлены на изучение генетического контроля иммунного ответа к сложным антигенным системам, таким, например, как бактериальные или эритроцитарные. В обоих случаях было доказано, что интенсивность индуцируемого иммунитета определяется двумя факторами — свойствами иммунизирующего антигена и иммунизируемой особи — и находится под генетическим контролем, Важнейшим проявлением центральных событий вскрытых закономерностей является оппозитное реагирование отдельных особей (линий животных), определяемое по уровню продуцируемых антител к одной и той же дозе одного и того же антигена. Межлинейные различия в выработке антител выявлены у кур к бычьему сывороточному альбумину и к антигенам вируса саркомы Рауса, у обезьян макаков-резусов, у кроликов, морских свинок, хомяков и у крыс — к синтетическим полипептидным антигенам, у мышей — к стафилококковому и дифтерийному анатоксинам, к анатоксинам возбудителей газовой гангрены, к пневмококковому и менингококковому полисахаридам, к яичному альбумину, к гемоцианину, ферритину, к синтетическим полипептидным антигенам, к эритроцитам человека, кур или крыс и к другим антигенам.
Рис. 11.17 демонстрирует титры антител различных линий мышей к антигенам непатогенных лептоспир L. Canicola (штамм «Крыса Раменка»). Среди 12 различных генотипов резко выраженными различиями в продукции антител характеризуются две линии — мыши линии C57BL вырабатывают в 15-20 раз больше агглютининов по сравнению с мышами линии С3Н. Животные других линий занимают промежуточное положение между этими двумя оппозитно реагирующими генотипами. Оказалось, что при иммунизации животных указанных линий другим антигеном — эритроцитами барана, мыши линии C57BL — самые сильные продуценты противолептоспирозных антител были самыми слабыми продуцентами агглютининов против эритроцитарных антигенов. Оппозитной является линия мышей CBA (различия по титрам 8-10-кратные).

Генетический контроль выработки антител

В процессе гибридологического анализа скрещивали в разных сочетаниях высоко- и низкоотвечающих линий мышей на лептоспирозные антигены и затем изучали характер менделевского расщепления признака у гибридов возвратного скрещивания с сильно- и слабореагирующей на лептоспиры линиями животных (рис. 11.18). Был выявлен доминантный характер наследования высокого типа иммунного реагирования.
Генетический контроль выработки антител

Все гибриды первого поколения, как (C57BLxC3H)F1, так и (C3HxC57BL) F1 реагировали по сильному типу независимо от их пола. Гибриды возвратного скрещивания с сильно реагирующей линией (F1xC57BL)BC1 также продуцировали антитела в высоких титрах (log, титра антител ранен или больше 7), что подтверждает доминантный характер способности к «сильному» иммунологическому ответу.
У гибридов (F1xCSH)BC1, т.е. в анализирующем скрещивании с рецессивной родительской линией регистрировали расщепление по признаку «силы» иммунологического ответа. Среди этих гибридов обнаружены особи с различной «силой» реакции, варьирующей в широких пределах (log2 титра антител от 3 до 12).
По «силе» реакции гибриды (F1xCSH)BC1 распределялись без каких-либо заметных границ и заполнили весь промежуток между крайними родительскими линиями, свидетельствуя о существовании промежуточных но «силе» реакции типов, которые перекрещиваются с «сильным» и «слабым» типами исходных родительских линий.
Из полученных данных гибридологического анализа следовало:
• признак «сильного» характера выработки антител в ответ на введение лептоспир наследуется по доминантному, а «слабого» — по рецессивному типу;
• данный признак не сцеплен с полом;
• на данной модели этот признак детерминирован более чем одним локусом (или одной парой сцепленных локусов) и наследуется по типу количественных признаков.
Полученные данные впервые продемонстрировали на уровне количественных параметров наличие генов, контролирующих иммунный ответ на микробные антигены. Аналогичные заключения сделаны на основании гибридологического анализа с изучением антителопродукции у гибридов первого поколения и гибридов возвратного скрещивания между оппозитными линиями мышей CBA и C57BL в отношении эритроцитов барана.
Последующие исследования с использованием разных микробов или их продуктов подтвердили факт различного реагирования одной и той же линии животных на разные антигены. Было доказано различное реагирование разных линий животных на иммунизацию одной и той же дозой одного и того же антигена и разное реагирование одной и той же линии животных на иммунизацию разными иммуногенами. Иначе говоря, было установлено, что не существует некоей общей иммунологической реактивности организмов. Иммунологическая реактивность каждый раз конкретна — к одному антигену одна, к другому — другая, к третьему — третья. Иммунологическая реактивность на аминокислотные полимеры, белки нормальных тканей, антигены микробов так же, как на любые другие антигены находится под генетическим контролем.
Доминантный тип наследования продукции антител не является всеобщим и зависит, как отмечалось выше, от типа используемого антигена. Так, описан другой тип наследования, когда гибриды первого поколения, получаемые при скрещивании сильно реагирующей (по продукции антител) и нереагирующей линией, не дают иммунного ответа, т.е. ведут себя по типу слабой линии. Наиболее демонстративно этот тип наследования проявляется на примерах трансплантационной иммунологии. Белковые или клеточные антигены, не вызывающие иммунного ответа у особей определенной линии, не вызывают его и у гибридов этой линии с другой.
Был проведен анализ экспрессии генов иммунного ответа, контролирующих продукцию антител к микробным антигенам. Оказалось, что доминирование сильного иммунного ответа связано с тем, что в равных по числу клеточных популяциях продукция антител осуществляется разным числом специализированных клеток. Этот факт установлен с помощью определения количества специфических γ-глобулинов, вырабатываемых трансплантатом клеток лимфоидной ткани в организме ареактивного (облученного) сингенного реципиента (культура клеток in vivo) или с помощью подсчета числа антителопродуцентов методом локального гемолиза эритроцитов в агаре по Ерне.
Генетический контроль выработки антител

Нa рис. 11.19 представлены результаты определения титров антител против лептоспир в сингенной культуре антителообразующих клеток in vivo. Показано, что одно и то же количество взятых в опыт клеток селезенки мышей линий C57BL и СЗН (25'10в6) содержит разное количество клеток, продуцирующих антитела против антигенов лептоспир. Эти различия соответствуют приблизительно тем, которые регистрируются на уровне целого организма у «сильных» и «слабых» особей. Такие же результаты наблюдаются при подсчете числа антителообразующих клеток методом Epнe в селезенке мышей линий CBA и C57BL, иммунизированных эритроцитами барана. В популяции клеток селезенки мышей «сильной» линии накапливается и функционирует большее количество антителообразующих клеток по сравнению с селезенкой «слабой» линии. Это показывает, что различия в выработке антител разыгрываются на уровне клеточных популяций, содержащих иммунокомпетентные клетки. При этом в лимфоидных органах «сильных» линий определяется большее накопление не всех вообще клеток, а клеток-продуцентов антител.
Зависимость иммунного ответа к разным антигенам, включая микробные, от генотипа регистрировали у многих видов, включая человека, диких животных, птиц. Табл. 11.8 демонстрирует оппозитность в образовании антител к фракции I чумного микроба у полуденных песчанок, обитающих на правом и левом берегах Волги. Титры антител определяли на 60-й и 90-й дни после иммунизации. У левобережных песчанок титры антител были существенно большими по сравнению с правобережными. Полученные данные явились основанием для предположения о зависимости чувствительности правобережных песчанок и резистентности левобережных к возбудителю чумы.
Генетический контроль выработки антител

Исследования на птицах показали, что японский перепел продуцирует антитела к эритроцитам каменной куропатки в титрах, сравнимых с титрами антител других лабораторных животных, но не вырабатывает антитела или продуцирует их в очень низких титрах к бычьему сывороточному альбумину, к эритроцитам барана, индеек и фазана.
Генетический контроль иммунного ответа к ряду антигенов зарегистрирован у человека. Наблюдения над двойнями крупного рогатого скота также продемонстрировали зависимость иммунного ответа от генотипа иммунизируемых животных.
Закономерности иммунного ответа к сложным корпускулярным антигенам принципиально не отличаются от установленных закономерностей формирования иммунного ответа к синтетическим полипептидам.
На рис. 11.20 показана продукция антител у мышей разных генотипов с различными аллелями генов главного комплекса гистосовместимости Н-2 к различным разветвленным многоцепочечным синтетическим полипептидным антигенам. Такие антигены представляют собой поли-L-лизиновую цепь с присоединенными к ней боковыми цепями поли-D,L-аланина с концевыми молекулами глутаминовой кислоты и присоединенными к ней различными аминокислотами — тирозина, гистидина или фенилаланина. Использование такого полимера одновременно решает несколько задач: проблему иммуногенности (полимеры, состоящие из двух аминокислот не иммуногенны у мышей и у человека, хотя они проявляют иммуногенные свойства у морских свинок и у кроликов); возможность сравнительного изучения структурных особенностей синтетического антигена (хорошо воспроизводимые линейный и разветвленный полимеры, содержащие одно и то же количество одних и тех же аминокислот в разной структурной форме) на проявление иммунного ответа у генетически однородных линий животных; возможность изучения влияния аминокислотных замен на характер иммунного ответа. Из рис. 11.20 видно, что мыши разных гаплотипов Н-2 продуцируют различное количество антител в ответ на иммунизацию одним и тем же полипептидным антигеном. У одних гаплотипов ответ высокий, у других — низкий, у третьих — промежуточный. Более того, замена всего лишь одной аминокислоты, например тирозина на гистидин или на фенилаланин, существенно изменяет ответ животных на антигенное раздражение — высокий ответ становится низким, низкий — высоким и т.д.
Генетический контроль выработки антител

Рис. 11.21 суммирует результаты определений зависимости иммунного ответа от генотипа животных у мышей различных гаплотипов, иммунизированных разными антигенами (24), также включавшими линейные и разветвленные сополимеры L-аминокислот. Во всех случаях регистрировали строгую конкретность иммунологического ответа, подтверждающую представленные выше закономерности:
• один и тот же антиген вызывает различный иммунный ответ у животных разных генотипов;
• животные одного и того же генотипа отвечают различно на разные антигены, отличающиеся друг от друга даже по одной аминокислоте;
• иммунный ответ на каждый из использованных 24 антигенов находится под доминантным Ir-геиным контролем, сцепленным с главным комплексом гистосовместимости мышей.
Генетический контроль выработки антител

Сходные результаты получены у морских свинок (линии 2 и 13), иммунизированных разными антигенами (табл. 11.9). Проведенный гибридологический анализ с использованием гибридов первого поколения между морскими свинками линий 2 и 13 — (2x13)F1 и гибридов возвратного скрещивания с родительскими линиями (F1x2)BC1 и (F1x13)BC1 показал, что иммунный ответ к синтетическим полипептидным антигенам наследуется в строгом соответствии с законами менделевской генетики и контролируется отдельным доминантным Ir-геном.
Генетический контроль выработки антител

В целом во всех случаях открытых и охарактеризованных Ir-генов, контролирующих иммунный ответ к полипептидным антигенам, доказана их сцепленность с генами главного комплекса гистосовместимости. Анализ функций Ir-генов и их сцепленности с MHC у разных видов привел B.J. Benacerraf и D.H. Katz к заключению, что эти гены ведут себя идентичным образом у всех видов млекопитающих, у которых они были изучены и идентифицированы, и что они контролируют точно такие же процессы у различных обследованных видов.
Эти процессы являются существенными для развития иммунного ответа, контролируются разными генами для структурно-различных антигенов и, вероятно, одними и теми же генами для структурно-родственных антигенов.