Дранник Г.Н. Клиническая иммунология и аллергология

Подождите немного. Документ загружается.

Альфа-цепи молекул класса I содержат приблизительно 340 амино-

кислотных остатков, которые формируют три внеклеточных домена

(альфа

1, альфа2, альфаЗ), одну трансмембранную часть и внутрицито-

плазматический "хвост". Они кодируются генами локусов А, В и С ком-

плекса

HLA,

расположенного на 6-ой хромосоме, и как упоминалось,

являются высокополиморфными. Бета-цепь молекулы класса I представ-

ляет собой бета-2-микроглобулин, который состоит из внеклеточного

домена, включающего 100 аминокислотных остатков, он кодируется

геном, расположенным на

15-ой

хромосоме и является неполиморфным.

Серия работ, выполненная P.

Bjorkman

и др. (1987), впервые по-

зволила понять природу пространственного взаимодействия

HLA-MO-

лекул и антигенных пептидов.

Оказалось, что взаимное расположение

альфа

1- и альфа2-доменов

в молекуле

HLA

класса I создают некий "желоб", "карман", в форми-

ровании которого принимают участие две альфа-спирали — "стены"

и антипараллельные бета-складки — "дно"; эта структура получила

название "пептидсвязывающая бороздка". Определенная аминокислот-

ная последовательность этой бороздки служит своеобразным "якорем"

удержания в нем пептида. Именно таким образом HLA-молекула клас-

са I презентирует (представляет) специфический пептид для его даль-

нейшего распознавания альфа- и бета-цепями Т-клеточного антиген-

распознающего

рецептора.

Как упоминалось выше, пептид представляет собой процессирован-

ный антиген (чужеродный или собственный), состоящий из неболь-

шого числа аминокислотных остатков. Так называемый линейный

пептид, который находится в пептидсвязывающей бороздке молеку-

лы HLA класса I, состоит всего из

4—9

аминокислотных остатков.

Несколько больше (до 20) их содержат пептиды, которые находятся в

"бороздках" молекул класса И. По сути дела пептид представляет со-

бой антигенную детерминанту — эпитоп. Сложный антиген может со-

держать сотни пептидов.

Как же образуется пептид, как он попадает в пептидсвязывающую

бороздку молекулы гистосовместимости класса I и как она появляется

на поверхности клетки? Это стало понятным после обнаружения двух

новых локусов — LMP и ТАР, отнесенных к классу II (см. рис.

10).

Гены локуса LMP кодируют большой пептидазный комплекс, на-

званный протеасомой. Протеасома является внутриклеточным комп-

лексом, вовлеченным в протеолиз цитозольных белков, что обеспечи-

вает продукцию эндогенных пептидов (рис. 12).

В свою очередь, эти пептиды с помощью трансмембранных бел-

ков, которые контролируются генами локуса ТАР,

доставляются

131

Молекула HLA класса I

вместе с пептидом на

поверхности клетки

Цитозоль

Эндогенные белки

комплекс Гольджи

Транспортные белки

(ТАР-1.ТАР-2

Пептиды

(ШГОШ

Протеосомаль- 4

ные ферменты I /

* Образование эндогенных

пептидов с помощью про-

теосомальных ферментов

Эндоплазматическая сеть

Формирование (сборка)

молекулы HLA класса I

Загрузка пептида и транспорт

через комплекс Гольджи на

мембрану клетки

Синтез молекулы

HLA класса I

Рис.

12.

Схема механизма презентации антигена с помощью

молекулы HLA класса I (объяснение в тексте).

* В цитозоле, кроме эндогенных пептидов, образуются также некоторые экзогенные

пептиды, в частности вирусные.

эндоплазматическую сеть и там "загружаются" в пептидсвязывающую

бороздку антигенов системы HLA класса I, затем транспортируются

на поверхность клетки и далее представляются для распознавания пред-

шественникам Т-лимфоцитов-киллеров/супрессоров (CD8+ клетки).

Важно помнить, что к антигенам, подвергающимся воздействию про-

теасом, относятся не только собственные

цитозольные

белки, но и про-

дукты многих вирусных, бактериальных или протозойных патогенов,

которые индуцируют развитие клеточного ответа и созревание Т-лим-

фоцитов-киллеров (CD8+ клеток).

Таким образом, пептиды, презентируемые молекулами HLA клас-

са I, несут информацию о

всех

цитозольных эндогенных белках, как

нормальных, так и измененных либо в результате мутации, либо вслед-

ствие модификации вирусами, а также иными внутриклеточными па-

разитами. Поскольку "классические" антигены ГКГ класса I представ-

лены, как уже упоминалось, на всех клетках организма, становится

понятным насколько важен подобный цензорный механизм за изме-

132

ненными клетками организма,

индуцирующий

активацию цитотокси-

ческих Т-лимфоцитов-киллеров (CD8+ клетки).

Гены системы HLA класса II (см. рис. 10) расположены непосред-

ственно вблизи центромеры и включают несколько локусов, часть из

которых — DR, DP, DQ — можно отнести к "классическим", транс-.

плантационным или непосредственно принимающим участие в презен-

тации чужеродного антигена при его распознавании; другие же несут

хоть и чрезвычайно важную, но все же вспомогательную функцию.

Антигены, кодируемые генами системы HLA класса II локусов DR,

DP и DQ,

экспрессируются,

в противоположность молекулам HLA

класса I, не столь широко. Они обнаружены в норме лишь на В-лим-

фоцитах, макрофагах и дендритных клетках (т. е. на клетках, способ-

ных презентировать антиген). При воздействии таких цитокинов, как

гамма-интерферон, молекулы HLA класса II могут экспрессироваться

и на других клетках, например Т-лимфоцитах, эндотелиальных и эпи-

телиальных клетках.

Молекулы

HLA

класса II (рис.

13)

несколько отличаются по струк-

туре от молекул

HLA

класса I. Являясь гетеродимерами, альфа- и бета-

Пептид, помещенный в пептид-

связывающую бороздку

а,-Домен

Антипараллель-

ные |3-складки

Домен

,-Домен

Участок связывания

с молекулой CD4

' СООН (внутри- СООН

плазматический "хвост")

Рис. 13. Схематическое изображение молекулы (антигена) HLA класса II

(объяснение в тексте).

133

цепи состоят приблизительно из 230 аминокислотных остатков, каж-

дая из которых формирует два внеклеточных домена

(альфа

1 и аль-

фа2, бета1 и бета2), трансмембранную часть и внутриплазматический

"хвост"; бета-цепь является высокополиморфной. Молекулы HLA клас-

са II также имеют пептидсвязывающую бороздку, в формировании

которой принимают участие поровну

альфа

1 и

бета1

домены альфа- и

бета-полипептидных цепей: их альфа-спирали ("стены" бороздки) и ан-

типараллельные бета-складки ("дно" бороздки).

В пептидсвязывающих бороздках антигенов системы HLA класса II

также имеются пептиды, но в основе их образования (продукции) лежит

принципиально иной внутриклеточный механизм. В этом случае пеп-

тиды происходят из экзогенных антигенов, поглощенных антигенпред-

ставляющими клетками с помощью, например, эндоцитоза

(рис.

14).

Транспорт молекулы HLA класса II вместе с пептидом

на поверхность АПК для последующей презентации

Потеря ИЦ и загрузка пептида в освободившуюся пеп-

тидсвязывающую бороздку молекулы HLA класса II

Транспорт молекулы HLA класса II с ИЦ в эндо-

сомально-лизосомальный

компартмент клетки

Фагоцитоз

экзогенного

антигена

Процессинг антигена

лизосомальными ферментами

(образование экзогенных

пептидов)

Формирование

молекулы HLA

класса II с инвариант-

ной цепью (ИЦ)

Синтез мо-

лекулы HLA

класса

Рис. 14. Схема механизма презентации антигена с помощью

молекулы HLA класса II (объяснение в тексте).

После эндоцитоза чужеродный антиген подвергается деградации

(протеолизу) в ранних и поздних эндосомах (лизосомах), в результате

чего

образуются пептиды. Однако "загрузка" этих пептидов в пептид-

связывающую бороздку молекул

HLA

класса II происходит не в эн-

доплазматической сети. Дело в

том,

что хотя сборка молекул HLA

класса II и происходит в эндоплазматической сети, но в этом компарт-

134

менте клетки указанные молекулы имеют дополнительную цепь, на-

званную инвариантной цепью (ИЦ), которая как бы "прикрывает" со-

бой пептидсвязывающую бороздку. Такой комплекс — молекулы HLA

класса II + инвариантная цепь — транспортируется через комплекс

Гольджи в эндосомальный компартмент клетки, где находится пеп-

тид, образовавшийся из чужеродного антигена. Здесь под влиянием

катепсинов В и D происходит разрушение инвариантной цепи и "за-

грузка" пептидов в открывшуюся пептидсвязывающую бороздку. На

следующем этапе образовавшийся комплекс — молекула HLA класса

II + пептид — транспортируется на поверхность клетки и представля-

ется для распознавания

Т-лимфоцитам-хелперам

(CD4+ клеткам). Ак-

тивированные таким образом Т-лимфоциты-хелперы в свою очередь

участвуют в реализации иммунного ответа.

Говоря об основной роли молекул HLA класса I и II в реализации

иммунного ответа, следует подчеркнуть их необходимость для антиген-

ной активации Т-клеток. В отличие от В-клеток, которые непосредст-

венно распознают антиген за счет своих иммуноглобулиновых рецепто-

ров, Т-клетки могут распознавать его только в том случае, если анти-

ген в виде пептида экспрессирован на клеточной мембране в комплексе

с собственной HLA-молекулой — феномен HLA-рестрикции (ограни-

чение распознавания антигенных пептидов молекулами HLA; рис.

15).

Установлено, что субпопуляция Т-лимфоцитов-хелперов (CD4+

клетки) распознают чужеродный пептид, который презентируется мо-

лекулами HLA класса II, а субпопуляция Т-лимфоцитов-киллеров/суп-

рессоров (CD8+ клетки) распознает пептид, который презентируется

молекулами HLA класса I (поэтому говорят, что функция Т-хелперов

ограничена (рестриктирована) молекулами HLA класса II, а функция

Т-киллеров/супрессоров — молекулами HLA класса I). Доказано, что

структуры CD4 и CD8, имеющиеся на Т-хелперах и Т-киллерах/суп-

рессорах соответственно, представляют собой дополнительные, адге-

зивные, молекулы, которые стабилизируют присоединение Т-клеток

хелперов и киллеров к антигенпредставляющим клеткам с помощью

специфического взаимодействия с неполиморфными частями соответ-

ственно молекул HLA класса II (бета2-домен) и класса I (альфаЗ-до-

мен). Они специфически распознают аутологичные молекулы ГКГ и

как

бы "удерживают" вместе антигенпредставляющую клетку и Т-лим-

фоцит, обеспечивая тем самым достаточный контакт клеток в процес-

се распознавания. Кроме того, CD4 и CD8 молекулы относятся к так

называемым костимуляционным молекулам, способствуя трансдукции

сигнала внутрь Т-лимфоцита. Еще одним важным костимуляционным

сигналом для активации Т-лимфоцита является взаимодействие

его

ре-

135

Т-лимфоцит

киллер/супрессор

CDe+клетка

Сп

Т-лимфоцит

хелпер

СР4+клетка

Рис. 15. Феномен

HLA-рестрикции:

АГ-РР — антигенраспознающий рецептор.

цептора CD28 с белками на поверхности антигенпредставляющей клет-

ки, которые относятся к семейству молекул CD80. В процессе этого

взаимодействия усиливается передача сигнала внутрь Т-лимфоцита, в

результате чего происходит его активация. Без костимуляционных

сигналов активация Т-лимфоцитов не наступит; возможна его гибель

по механизмам апоптоза.

В табл. 5 приведена краткая сравнительная характеристика анти-

генов (молекул) системы HLA классов I и II.

Важным является также возможность изменения степени экспрес-

сии молекул HLA. Установлено, что молекулы класса И, имеющиеся в

норме только на

антигенпредставляющих

клетках, могут индуциро-

ваться на многих (если не на всех) клетках под влиянием инкубации с

гамма-интерфероном, который включает транскрипцию генов II класса

в этих клетках. Кроме

того,

обработка гамма-интерфероном клеток,

на которых обычно обнаруживаются молекулы HLA класса II, будет

усиливать их экспрессию, тогда как простагландин Е будет снижать

этот эффект. Отсюда следует, что количественная и качественная экс-

прессия молекул HLA классов I и II может критически зависеть от

различных регуляторных механизмов, которые способны ее как уси-

ливать, так и ослаблять. Это обстоятельство имеет важное значение.

136

Таблица 5. Краткая характеристика классических антигенов системы

HLA

класса I и II

Характеристика

Генетические локусы

Распределение в тканях

Участие в презентации

пептидов для Т-клеток

Связывание с поверхност-

ными молекулами Т-кле-

ток

Класс I

HLA

—А,

В, С

Все

ядросодержащие

клетки

Для Т-киллеров

(CD8+)

С молекулой CD8

Класс II

HLA — DP, DQ,

В-лимфоциты,

моноциты-

макрофаги, дендритные клет-

ки, активированные Т-лимфо-

циты, эпителиальные и эндо-

телиальные клетки

Для Т-хелперов (CD4+)

С молекулой CD4

Так, клетки, являющиеся в норме класс-П-негативными, в присутствии

гамма-интерферона (продуцируемого активированными Т-клетками-

хелперами) могут становиться класс-И-позитивными и приобретать

способность индуцировать антигенспецифический ответ. Поскольку

степень Т-клеточной активации (до определенного предела) прямо

пропорциональна концентрации HLA-молекул, количественные вариа-

ции в экспрессии молекул

HLAI

и II классов могут оказывать иммуно-

регуляторное воздействие, усиливая (или ослабляя) иммунный ответ.

Гены системы HLA класса III (см. рис. 10) занимают на 6-ой хро-

мосоме промежуточное положение между генами класса I и класса II.

Они не кодируют классические антигены гистосовместимости, но их

продукты выполняют целый ряд важнейших биологических функций.

Одним из генов системы

HLA

класса III, привлекающих наиболь-

шее внимание, является ген CYP21, основной функцией которого яв-

ляется контроль активности ферментов цитохрома Р450. Дефект это-

го гена приводит к развитию синдрома конгенетальной адреналовой

гиперплазии, частота которой составляет в популяции европеоидов

1/10000. "Нормально" функцию ферментов кодирует ген CYP21; то-

гда как

CYP21P

является псевдогеном.

Гены С4 (С4А и С4В) кодируют 4-й компонент комплемента.

В популяции европеоидов наличие "С4А нулевой аллели" в боль-

шинстве случаев ассоциировано с предрасположенностью к систем-

ной красной волчанке и другой аутоиммунной патологии. Что каса-

ется ассоциации системной красной волчанки с HLA гаплотипом (со-

вокупность генов, расположенных на одной хромосоме) в целом, то

наиболее сильная связь с предрасположенностью к системной крас-

ной волчанке установлена для гаплотипа HLA-A1, В8, Cw4, DR3.

Ген В (Bf) функционирует в значительной степени совместно с ге-

137

ном С2, принимая участие в "запуске" альтернативного пути актива-

ции. Дефицит гена В описан только в гетерозиготе. В гомозиготе де-

фицит этого гена не описан и, по-видимому, является летальным.

Дефицит С2 является наиболее частой формой недостаточности си-

стемы комплемента у человека (частота отсутствия С2 в гомозиготе

1:10000).

У 40% больных системной красной волчанкой обнаружен

дефицит С2.

Следующим после локуса С2 в сторону от центромеры является

локус

генов теплового шока 70 (HSP70). Белковые продукты этих ге-

нов обладают протективной функцией при развитии так называемого

клеточного стресса (повышение температуры тела, изменение рН и ос-

мотичности внутри- и внеклеточной среды). Не исключено, что про-

дукты этих генов могут обусловливать ассоциацию определенных ал-

лельных вариантов HLA-генов с заболеваниями человека.

Крайним в сторону теломеры среди генов системы HLA класса III

является локус

опухолънекротизирующего

фактора (TNF), состоящий

из двух генов А и В, которые кодируют

ОНФ-адьфа

и ОНФ-бета. Оба

белка секретируются активированными макрофагами и Т-лимфоци-

тами и оказывают плейотропное действие на различные типы клеток,

включая различные субпопуляции лимфоцитов, нейтрофилы и эндо-

телиоциты

сосудов.

Указанные механизмы действия

белков

ОНФ, а также их влияние

на воспалительный процесс, опосредованный ими цитолитический и

цитотоксический эффект против раковых клеток, обеспечивает важ-

нейшую биологическую функцию ОНФ. Помимо этого, белки ОНФ

участвуют в регуляции экспрессии антигенов HLA класса I на эндоте-

лии сосудов, что свидетельствует об участии ОНФ в развитии аутоим-

мунной патологии и реакции отторжения трансплантации.

HLA-гены наследуются по кодоминантному типу, что означает оди-

наковое проявление у гибридов

аллоантигенов,

определяемых обоими

родительскими аллелями данного локуса. Поскольку каждый инди-

видуум получает от своих родителей по одной хромосоме, у человека

имеется два гаплотипа, которые в совокупности составляют генотип.

Антигены, выявленные при изучении клеток конкретного челове-

ка, составляют его фенотип; такое лабораторное обследование назы-

вают фенотипированием. В отличие от фенотипа в генотипе известна

последовательность расположения генов на хромосоме. Генотип (два

гаплотипа) может быть определен с помощью семейных исследований,

при которых выявляются фенотипы родителей и детей (родные сестры

и братья — сибсы). Таким образом, определяя фенотипы членов се-

мьи, можно установить гаплотипы.

138

Для решения важных вопросов, связанных с изучением ГКГ чело-

века, организуются и проводятся Международные рабочие совещания

(Международные воркшопы). Решение об упорядочении специфично-

стей, особенно об отмене "w", принимается при корреляции всех дан-

ных рабочего совещания (результатов исследований локальных лабо-

раторий, с одной стороны, и данных, полученных при окончательном

компьютерном анализе, — с другой).

Эксперименты на животных, а также результаты, полученные преж-

де всего после пересадки аллогенных органов, показали, что в целом

млекопитающие по способности развивать иммунный ответ на кон-

кретный антиген делятся условно на три группы: 1)

респондеры

(to respond — отвечать), развивающие сильную иммунную реакцию;

2) нонреспондеры — реагирующие на тот же антиген слабо; 3) часть

популяции, реагирующих средне. Было высказано предположение о

существовании гена иммунного ответа

(Ir

— Immune response), кото-

рый предопределяет индивидуальную специфику иммунного реагиро-

вания. Действительно, в

1972

г. McDevitt и соавт. сообщили о том, что

им удалось картировать ген иммунного ответа у мышей именно в

области ГКГ. Попытки обнаружить

Ir-ген

у человека пока не увенча-

лись успехом. Вместе с тем, достижения фундаментальной иммуноло-

гии последних лет позволили сформировать представление об

1г-гене

у человека, как о некой интегральной функции, в которой принимают

участие "главные действующие лица" процесса распознавания: чуже-

родный пептид, молекулы

HLA

класса I и II и Т-клеточный

антиген-

распознающий рецептор. R. Lechler (1994) описывает участие упомя-

нутых структур в реализации интегральной функции иммунного рас-

познавания следующим образом:

Во-первых, необходимо, чтобы антигенпредставляющая клетка

могла "сделать" оптимальное количество пептидов из чужеродного

антигенного материала, а ее пептидсвязывающие бороздки смогли свя-

зать эти пептиды; этот этап назван селекцией антигенных детерминант.

Во-вторых, необходимо, чтобы иммунная система конкретного

человека имела достаточный репертуар Т-лимфоцитов с антигенрас-

познающим рецептором, способным распознать чужеродный пептид.

Если же такие Т-лимфоциты отсутствуют, (т. е. имеют место "дыры" в

репертуаре Т-лимфоцитов), то создаются условия, при которых иммун-

ная система не способна распознать некоторые экзогенные антигены.

В-третьих, предполагается, что на конечном этапе распознава-

ния включаются (с помощью все того же пептида) разные механизмы,

приводящие в одном случае к индукции иммунного ответа, а в дру-

гом — к его супрессии.

139

На практике это подтверждается доказательством существования

двух субпопуляций Т-хелперов: 1-го и 2-го типов. Т-хелперы 1-го типа,

продуцируя ИЛ-2, гамма-интерферон, индуцируют клеточный ответ,

реализуемый специфическими Т-киллерами (CD8+ клетками). Т-Хел-

перы 2-го типа индуцируют гуморальный ответ за счет продукции

ИЛ-4, ИЛ-5. Интенсивность и клеточного, и гуморального ответа на-

ходится под контролем супрессорного

цитокина—

ИЛ-10,

который

продуцируется Т-хелперами 2-го типа. По какому "сценарию" будет

развиваться иммунный ответ зависит от многих факторов, большин-

ство из которых пока неизвестно.

Еще раз подчеркнем, что информацию об антигене, представляе-

мую молекулами

HLA

класса I, "считывают" Т-лимфоциты-киллеры

(CD8+ клетки), а молекулами

HLA

класса II — Т-лимфоциты-хелпе-

ры (CD4+ клетки).

Весьма важно помнить, что "считывание" информации об антиге-

не Т-лимфоцитами (как CD8+, так и CD4+) возможно лишь в том слу-

чае, если она представляется им аутологичными HLA-молекулами. Эта

закономерность составляет основное правило иммунного распозна-

вания и сущность феномена HLA-рестрикции (т.е. ограничения функ-

ции распознавания собственными молекулами гистосовместимости).

За открытие феномена HLA-рестрикции была присуждена Нобелев-

ская премия американским ученым Дохерти и Цинкернагель.

12.1. ВЗАИМОСВЯЗЬ АНТИГЕНОВ СИСТЕМЫ HLA С

ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТЬЮ К ЗАБОЛЕВАНИЯМ

Изучение связей HLA-системы с некоторыми заболеваниями (табл. 6)

имеет важное значение для эпидемиологии, нозологии, диагностики,

прогноза и лечения.

История исследования связи антигенов системы HLA с некоторы-

ми заболеваниями включает два этапа. Первый состоит из исследова-

ний связи между локусами А и В и болезнями. Сейчас можно считать

доказанным, что антигены локуса В чаще связаны с предрасположен-

ностью к заболеваниям. Второй этап включает изучение связей забо-

леваний с антигенами DR-локуса. Отмечено, что при многих изучен-

ных ранее болезнях связь с локусом DR более высока, чем ранее выяв-

ленная для локусов А и В.

Для объяснения механизмов включения продуктов HLA-комплек-

са в патогенез заболеваний выдвинуто несколько гипотез.

Рецепторная гипотеза, согласно которой определенные антиге-

ны системы HLA являются рецепторами для вирусов, облегчающими

140