История клонально-селекционной теории. Клонально селекционная теория биосинтеза антител


Глава 4 КЛОНАЛЬНО-СЕЛЕКЦИОННАЯ ТЕОРИЯ. Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция

Глава 4

КЛОНАЛЬНО-СЕЛЕКЦИОННАЯ ТЕОРИЯ

Первую «селекционную» теорию образования антител предложил в 1900 г. Пауль Эрлих (Ehrlich). Согласно его теории, существуют клетки (по-видимому, В-лимфоциты), на поверхностной мембране которых расположено много разных молекул антител. Эти клетки способны синтезировать любое из них. После того как происходит связывание чужеродного антигена с каким-то одним антителом, клетка начинает производить антитела только этой специфичности. Поскольку этот «селективный» процесс происходит одновременно в большом числе клеток, образуется много антител, специфичных к данному антигену. Сейчас известно, что идея Эрлиха не верна. Современные селекционные теории, основанные на представлениях о том, что одна клетка может продуцировать только антитела одного типа (а не многих), начали появляться только в 1950-х гг.

Первой среди них была теория, предложенная Нильсом Ерне (Jerne) в 1955 г. Несмотря на ошибочные представления об антителах как основных единицах отбора, его вклад в проблему был плодотворен. Его теория переместила интересы иммунологов с инструктивных теорий, по которым антитела принимают любую форму в зависимости от формы антигена, на селекционные. В 1957 г. Макфарлейн Бернет предположил, что основной единицей отбора антигеном является клетка, и что одна клетка отвечает за образование антител только одного типа. Именно Бернет придумал термин «клональная селекция» [I]. В основе этой теории лежит представление о том, что «одна клетка производит только одно антитело» (точнее, антитела одной специфичности). Существует много разных клеток (лимфоцитов), образующих и несущих на поверхности разные антитела. Клетка «отбирается» антигеном, форма которого соответствует антителам, производимым данной клеткой. Именно она начинает размножаться и дает клон идентичных клеток, причем все клетки клона продуцируют антитела одной специфичности. Согласно этой теории, должен существовать механизм, который обеспечивает проявление на поверхности клетки антител только одной специфичности и исключает все другие антитела. Теперь мы знаем, что «решение», какое антитело будет синтезироваться в В-клетке, принимается на ранних стадиях развития лимфоцита. Бернет не только нашел экспериментальные свидетельства в пользу этой теории, но и сформулировал ее следствия для проблемы различения «своего» и «не-своего».

В краткой форме мысль об отборе клеток была высказана Дэвидом Талмейджем (Talmage) в 1957 г., но Бернету мы обязаны всесторонней разработкой этой теории. Далее клонально-селекционная теория развивалась усилиями таких исследователей, как Мелвил Кон и Элистэр Каннингем (Cunningham). До сих пор основные представления этой теории объясняют, как иммунная система приспосабливается к разнообразным и постоянно меняющимся антигенам внешней среды. Основные положения клонально-селекционной теории подтверждены экспериментально (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Клональная селекция. Эта идея иллюстрируется также на рис. 1.2 и в табл. 3.1.

Привлекательность этой теории состояла в том, что она давала разумные объяснения механизма аутотолерантности. Если рецептор на поверхности развивающегося незрелого лимфоцита связывается с собственным антигеном, клетка получает «отрицательный» сигнал и уничтожается. (В отличие от этого, зрелые лимфоциты должны размножаться, продуцировать и секре-тировать антитела, если их рецептор связан с антигеном.) Так как собственные антигены — это первые молекулы, которые встречаются незрелым лимфоцитам, этот процесс должен происходить в местах развития лимфоцитов. Бернет назвал его уничтожением «запрещенных» клонов. Это очень элегантное теоретическое объяснение проблемы аутотолерантности. Только лимфоциты, прошедшие этот селекционный фильтр (уничтожение запрещенных клонов), достигают зрелости и приобретают способность связываться с чужеродными антигенами. С тех пор, как в 1957 г. была сформулирована клонально-селекци-онная теория, проведено множество иммунологических исследований, выявлены разные классы лимфоцитов (В- и Т-клетки) и роль каждого из них в иммунном ответе, однако основные положения этой теории до сих пор справедливы.

Итак, мы видим, что в основе клональной селекции лежит простой дарвиновский отбор. Предполагается, что до встречи с антигеном уже существует множество разнообразных клеток, несущих рецепторы. Свои и чужие антигены играют только селективную роль (соответственно отрицательную или положительную) в формировании репертуара лимфоцитов в крови и лимфатической системе. Предполагается, что есть единственное событие, от которого зависит отбор, — это реакция связывания поверхностного антитела В-клеток (или рецепторов Т-клеток) с антигеном определенной формы. Популяции клеток, образовавшиеся в результате «клонального роста», продуцируют специфические антитела и Т-клетки, необходимые для борьбы с инфекцией. Клональный рост может увеличивать число клеток в тысячи раз. Это объясняет, почему концентрация антител в крови растет в экспоненциальной зависимости от времени после заражения или искусственного введения чужеродного антигена (рис. 3.8). Увеличение концентрации антител отражает экспоненциальный рост популяции продуцирующих их клеток, численность которых удваивается при каждом делении. После пятнадцати делений должно появиться около 30 тысяч клеток, возникших из одной исходной клетки, так как число клеток описывается 2"-степенньш рядом, где п равно числу делений. Такое увеличение численности клеток, секретирую-щих антитела, дает возможность быстро достичь эффективной концентрации антител, достаточной для борьбы с острой инфекцией. Как правило, это занимает от трех до пяти дней.

Легко представить себе, как клонально-селекционная теория объясняет иммунологическую память. Она является следствием (по крайней мере, частично) размножения стимулированных антигеном клеток (клональная экспансия). Если антигенспецифичные клетки размножились, некоторые из их потомков становятся долгоживущими. Эти клетки «памяти» могут оставаться в кровеносной системе и в лимфоидных тканях, дожидаясь следующей встречи с тем же самым антигеном спустя много лет.

Эта теория дает также объяснение феномена созревания аффинности (сродства антитела к антигену). Образующиеся на поздних стадиях иммунного ответа антитела имеют большую аффинность, чем те, что образовались ранее (рис. 3.8). По мере того, как концентрация антигена в лимфоидной ткани падает, конкуренция за связывание с редким антигеном приводит к тому, что для размножения «отбираются» более успешные В-клет-ки. В-лимфоциты с поверхностным рецептором самой высокой аффинности (антиген связывается более прочно) будут побеждать в соревновании, и синтезируемый ими тип антител станет, в конечном счете, преобладающим. В следующей главе (рис. 5.4) мы рассмотрим этот процесс отбора, основанного на сродстве, более подробно.

Если изучить каждое антитело в образце крови, то можно обнаружить тысячи разных молекул антител, причем каждое способно распознать специфичный антиген внешней среды. Если определить аминокислотную последовательность каждого из этих антител, окажется, что одно антитело отличается от другого последовательностью аминокислот в вариабельной V-области, которая образует антигенсвязывающий центр (рис. 3.2). Этот факт был установлен в 1960-х гг., и он дал решающие доказательства истинности клонально-селекционной теории Бернета.

Важная экспериментальная проверка клонально-селекционной теории была предпринята в конце 1960-х гг. нашим коллегой Гордоном Эйда (Ada), работавшим с Полин Берт (Byrt) в Институте медицинских исследований Уолтера и Элайзы Холл. В основе их эксперимента лежало предположение, что если популяцию лимфоцитов подвергнуть воздействию антигенов одного типа, с ними будет связываться только клон лимфоцитов с антителами, реагирующими на этот антиген, тогда как огромное большинство клеток не будет связываться, т. к. они продуцируют антитела, реагирующие на другие антигены. Создавая радиоактивные антигены, Эйда и Берт рассуждали так: лимфоциты, которые свяжут их, будут облучены и погибнут. Таким образом, популяция лимфоцитов окажется неспособной к иммунному ответу на проверяемый радиоактивный антиген, но будет нормально реагировать на другие антигены. Именно такой результат они и получили. Этот эксперимент стал известен как «эксперимент по самоубийству антигеном». Он был первым экспериментальным доказательством клонально-селекционной теории.

Отталкиваясь от клонально-селекционной теории, Тед Стил и Боб Бландэн стали изучать механизм эволюции генов антител. Эта новая область иммунологии исследует генетические особенности процессов, обеспечивающих разнообразие антител и созревание аффинности. С конца 1970-х гг. становится все больше известно об уникальной системе генов Ig и ТкР. Сейчас мы уже много знаем о структуре последовательностей ДНК этих генов. Мы можем объяснить, почему одна клетка производит антитела одной специфичности, и как мутация порождает новое антитело. Именно это делает иммунную систему способной продуцировать антитела высокой аффинности ко многим тысячам новых антигенов.

Клонально-селекционная теория поставила вопрос о том, подвергаются ли Ig-гены изменениям в отдельных В-лимфоци-тах после стимуляции антигеном. В общей форме этот вопрос обсуждал еще Бернет в 1957 г. Однако он полагал, что разные Ig-гены, кодирующие антитела различной специфичности, существуют уже до того, как чужеродные антигены внедряются в систему. (Дарвин в предьвдущем столетии также считал доказанным предсуществование генетической изменчивости животных и растений, на которую действует естественный отбор.) Таким образом, Бернет предполагал, что гены антител экспрес-сируются в популяции клеток, последние затем могут отбираться антигеном и клонально размножаться. (Современные методы молекулярной биологии, необходимые для ответа на вопрос о соматическом мутировании в то время были недоступны.)

Тем не менее в конце 1960-х-начале 1970-х гг. Мелвин Кон, а затем Элистэр Каннингем привели доводы в пользу того, что иммунная система имеет способность генерировать соматические мутации генов антител в ответ на внедрение чужеродных антигенов. По их мнению, по-видимому, выгодно, чтобы с ДНК зародышевой линии наследовалось только небольшое число необходимых Ig генов, а новые могли бы возникать в течение жизни животного в виде соматических мутаций, вызванных антигеном. В то время, когда эта теория соматического мутирования была высказана впервые, она была оценена по достоинству только небольшим числом иммунологов. Большинство продолжало придерживаться мнения, что все антитела закодированы в генах половых клеток, то есть они предсущест-вуют до рождения животного. Это предполагало, что изменчивость является результатом случайных (редких) мутаций в генах клеток зародышевой линии, которые передаются потомкам. Без преувеличения можно сказать, что споры между приверженцами идеи «соматических мутаций» и «мутаций в половых клетках» были в центре внимания большинства наиболее важных работ. Они сыграли ту же роль, что и дискуссия в физике о кор-пускулярно-волновой двойственности в квантовой механике в 1920-х годах. Поэтому мы вынуждены объяснять основные молекулярные механизмы в контексте их исторических корней.

Почему антитела специфичны и как приобретается аутотолерантность

Вернемся к проблеме различения своего и не-своего. Мы уже говорили, что для различения своего и не-своего антитела должны быть специфичными. Таким образом, для того чтобы отличать огромный внутренний мир молекул от внешнего мира (а некоторые химические характеристики этих миров одинаковы), эволюция обеспечила ошеломляющее разнообразие молекул, распознающих антигены. Антитела каждой специфичности клонально экспрессируются в популяции тысяч клеток, и простой механизм удаления клона выбраковывает те клетки, которые реагируют на самого себя. Это придает особое значение специфичности и разнообразию антител. В качестве простого, но не строго корректного сравнения [2] можно привести четкость изображения на экране телевизора, которая зависит от числа минимальных элементов изображения (пикселов) в строке экрана. Чем плотнее строка, тем четче изображение. Для того чтобы легко различать разные участки и, следовательно, идентифицировать изображение, необходимо иметь набор разных пикселов (светлые, темные, красные, зеленые и так далее). По аналогии, чем меньше специфичных антител и рецепторов Т-лимфоцитов, тем большему риску уничтожения они подвергаются в процессе установления аутотолерантности. Если бы все они были неспецифичны, было бы два возможных исхода. Первый — после того, как установилась аутотолерантность, у нас не осталось бы иммунной системы. И второй — если бы аутотолерантности не существовало, наша собственная иммунная система атаковала бы и разрушала организм, которому она принадлежит.

Поскольку мы приняли необходимость существования аутотолерантности, мы должны считать аксиомой утверждение, что аутотолерантность каждого индивида должна «обучаться» в дарвиновском смысле этого слова. Поясним это. Если самцы инб-редной линии А мышей скрещиваются с самками генетически другой инбредной линии В, то появляется потомство, которое унаследовало разные гены от разных родителей. Мыши линии А генетически запрограммированы производить в клетках и тканях молекулы А-антигена, тогда как мыши линии В запрограммированы производить В-антигены. В некотором смысле это напоминает правила переливания крови у человека для системы групп крови АВО. Взрослые особи линии А всегда будут развивать анти-В иммунную реактивность (естественно развивающиеся антитела и Т-клетки), а особи В будут развивать анти-А реактивность. Таким образом, ткань, пересаженная от А к В и, наоборот, от В к А, всегда будет отторгаться. Однако потомки генетически различающихся родителей будут по своему антигенному составу АВ, и это представляет для них серьезную проблему. Если бы аутотолерантность не приобреталась в ходе развития, АВ потомки этого скрещивания не могли бы выжить. Они должны были бы саморазрушиться, как только их иммунная система приобрела бы способность реагировать на свои собственные клетки. Однако мы знаем, что популяции человека и большинство популяций диких животных чрезвычайно разнообразны по генам, кодирующим антигены гистосовмести-мости. Следовательно, каждый из нас несет разные комбинации этих антигенов, унаследованных от родителей. То есть, все мы похожи на гибридов АхВ, изображенных на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Толерантность к собственным антигенам не детерминирована генетически. Мелвин Кон и его коллеги Петер Бретчер и Род Лангман неоднократно подчеркивали этот ключевой момент. На рисунке показан результат эксперимента, поставленного природой (случайные скрещивания генетически различающихся индивидов). Поскольку взрослое потомство АВ не разрушает само себя аутоиммунной реакцией, это со всей очевидностью свидетельствует о том, что толерантность приобретается в ходе развития организма. Клонально-селекционная теория Макфарлейна Бернета объясняет, как это достигается путем дарвиновского отрицательного отбора в иммунной системе — уничтожением «запрещенных» клонов, направленных против собственных антигенов (рис. 4.1).

Очевидно, что индивид АВ на какой-то стадии своего развития должен «научиться» быть толерантным и к А-, и к В-антигенам. То есть, механизм аутотолерантности должен приобретаться «соматически». В начале 1950-х годов Питер Медавар и его коллеги экспериментально подтвердили эти теоретические предположения, впервые сформулированные Макфарлейном Бернетом и Фрэнком Феннером (Fenner) в 1949 г. Группа Медавара показала, что, если новорожденным мышам линии В ввести клетки линии А, они вырастают толерантными к трансплантатам кожи линии А. Таким образом, мышей линии В можно было соматически модифицировать так, что они приобретали способность не отторгать кожные трансплантаты линии А, которые в норме у взрослых отторгаются (рис. 4.3). Вернет и Медавар в 1960 г. получили Нобелевскую премию за открытие приобретенной иммунной толерантности.

Рис. 4.3. Эксперимент Питера Медавара по приобретенной неонатальной толерантности. Питер Медавар, Лесли Брент и Руперт Биллингем провели свои эксперименты в 1940-х-начале 1950-х годов. Результаты экспериментов согласуются с клонально-селекционной теорией Макфарлейна Бернета. Они показали, что введение в организм на ранних стадиях неонатально-го развития чужих клеток из костного мозга может индуцировать приобретенную иммунологическую толерантность. Введение на этих стадиях чужеродного антигена вызывает уничтожение клонов, направленных против чужих. В результате иммунная система начинает относиться к чужим тканям как к своим.

Итак, мы приходим к заключению, что необходимая для приобретения и иммунности, и толерантности соматически обучающаяся программа основана на ключевом взаимодействии (или связывании) антигенов с клонально экспрессирующи-мися поверхностными молекулами, распознающими антигены (антитела, ТкР). Это достигается в процессе дарвиновского отбора, действующего в популяции лимфоцитов. Это — основной принцип функционирования иммунной системы. Мы объясним в дальнейшем, что обратная связь между генами сомы и половых клеток дает логически последовательное объяснение всех уникальных молекулярно-генетических свойств иммунной системы. Но, прежде чем вести читателя дальше, мы должны потратить немного времени на описание деталей строения ДНК-последовательностей генов Ig и ТкР и некоторых необычных свойств этих генов.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

bio.wikireading.ru

Г. И. Абелев. История клонально-селекционной теории

Гарри Израйлевич Абелев, академик, заведующий лабораторией иммунологииИнститута канцерогенеза онкологического научного центра им. Н. Н. Блохина РАМН

Понять явление в науке – значит увидеть его как часть некоей общей картины, принципа или закона. Наблюдая движение или взаимодействие физических тел, мы пытаемся выразить их как конкретный случай законов механики. Попадая в незнакомую местность, мы стремимся увидеть ее в контексте целого. Встретив неизвестное животное или растение, мы вносим их в общую систему. Без этого мы не поймем, с каким отдельным случаем имеем дело.

При работе с новым белком или геном первая задача – определить, к какому суперсемейству они относятся. Это сразу же укажет и на их происхождение, и на вероятную функцию. Все, что мы видим и анализируем, выражаем в виде частного случая общих законов, когда эти законы уже установлены. В ситуациях же, когда изучаемое явление не к чему отнести, когда его координаты неизвестны и оно «висит в воздухе», его используют как окно, позволяющее заглянуть в контекст и увидеть хотя бы контур общей картины. Именно так было с антителами, послужившими своеобразным «окном» в систему иммунитета.

Токсины – антитоксины

Сейчас мы знаем, что в основе иммунитета специфического, приобретенного (в отличие от неспецифического, или врожденного) лежит принцип селекции антигенраспознающих клонов и что образование антител – частный случай реализации этого принципа [1]. Но более 100 лет назад – в 1892 г., – когда антитела были открыты, такой принцип не существовал даже в виде отдаленной гипотезы [2]. Вслед за открытием продукции дифтерийного и столбнячного токсинов, в пору повального увлечения вакцинацией, молодые сотрудники Коховского института бактериологии в Берлине Э. Беринг и С. Китазато (E. Behring & S. Kitazato) попытались иммунизировать животных против токсинов. Эксперимент сразу же удался. Сыворотка крови нейтрализовала токсины! Но что при этом появилось в крови? Дискретные вещества, нейтрализующие токсины (антитоксины), или некие измененные «коллоиды сыворотки крови»? Это оставалось неясным долгие годы. Яркий и глубокий немецкий исследователь того времени П. Эрлих (P. Ehrlich), считавший, что токсины действуют на клетки, имеющие специфические рецепторы, с тех же позиций стал рассматривать и гипотетические антитоксины, и токсины. Согласно его гипотезе, токсины действуют на клетки, содержащие на своей поверхности связывающие их рецепторы. Антитоксины, по Эрлиху, – те же рецепторы, но синтезирующиеся в избытке и попадающие в кровь, где они связывают и нейтрализуют токсин [2].

Из гипотезы следовало, что антитоксины (будущие антитела) существуют до иммунизации (до попадания токсина в организм) в клетках всех чувствительных к токсину тканей и что разные антитоксины имеют различную химическую природу. Таким образом, гипотеза Эрлиха, единственная более или менее полная, предлагала токсин–антитоксиновый контекст для интерпретации и дальнейшего анализа нового иммунологического феномена, который, надо сказать, сразу дал колоссальный клинический эффект – спасение больных дифтеритом и столбняком. И хотя гипотеза Эрлиха в то время лишь графически объясняла образование антител, она предлагала взгляд на антитела как на химические реагенты, специфически узнающие антиген и образующие с ним определенный комплекс.

Ключ к замку

В течение 30–40 лет после открытия антител их изучали независимо от гипотез о происхождении – просто как вещества сыворотки крови, реагирующие с антигеном. Такая задача не требовала общебиологических гипотез о механизмах их образования, но они, конечно, высказывались (хотя и заметного влияния на ход дела не оказывали). Факты же об антителах накапливались, влияя, естественно, и на гипотезы об их образовании. Оказалось, что антитела образуются и на нетоксические вещества и на такие совсем безвредные клетки, как, например, эритроциты других особей или других видов животных.

Самым серьезным ударом для гипотезы Эрлиха стали классические работы австрийского исследователя К. Ландштейнера (K. Landsteiner) [2, 3]. Он вводил в состав белка-носителя посредством ковалентной диазосвязи небольшую молекулу, например, динитрофенила (ДНФ) или арсаниловой кислоты (рис. 1) и иммунизировал таким конъюгатом кроликов. Полученные антитела к ДНФ-белку (анти-ДНФ) он использовал в тест-системе: анти-ДНФ + ДНФ-белок. Образование специфического осадка (реакция преципитации) подавлялась избытком ДНФ. Отсюда следовало, что антитела распознают ДНФ и реагируют с ним. Потом выяснилось, что взаимодействие анти-ДНФ с ДНФ высоко специфично и реакция подавления преципитации отличает ДНФ от три-нитрофенила (ТНФ), дифференцирует орто- и мета-ДНФ и другие группировки, введенные в белок, такие как сульфаниловая или арсаниловая кислоты. Эти малые химические группы, сами по себе не вызывающие образование антител, но приобретающие эту способность при введении в белок и определяющие специфичность комплекса, назвали гаптенами.

Рис. 1Антигенные детерминанты (гаптены).Слева – динитрофенил, введенный в белок (R) через ξ-аминогруппу лизина.Справа – ази-фенилсульфоновая кислота, конъюгированная с тирозином белка R 

Подобные опыты показали, что громадное количество веществ, даже не встречающихся в живой природе, приводят к появлению высокоспецифичных антител, хотя они заведомо не попадали в организм продуцента. Стало очевидным, что антитела необязательно антитоксины, что каждый антиген индуцирует антитела заново и в полном соответствии с его структурой и что они подходят друг другу, как ключ к замку. Значит, антитела не существуют до встречи с антигеном.

Эти представления позже получили название инструктивных гипотез образования антител, в которых антиген стали рассматривать как матрицу для синтеза комплементарных антител. Такие гипотезы предлагали, чтобы объяснить, как антигены инструктируют синтез антител, но биохимический механизм оставался непонятным. К началу или середине 30-х годов стало ясно, что антитела – это дискретные вещества, белки с определенным молекулярным весом, зарядом и другими физико-химическими параметрами, т.е. обладающие химической формулой. При этом их структура должна быть комплементарной структуре антигена (как упомянутый уже ключ к замку).

Матричные гипотезы

Сначала гипотезы выдвигались химиками, а сама проблема представлялась чисто биохимической. Первая гипотеза прямой матрицы предполагала, что антитела синтезируются на поверхности антигена, на которой располагаются молекулы аминокислот, сшивающихся в цепочку, комплементарную конформации антигена. Антитела должны отличаться друг от друга первичной структурой, т.е. соотношением и последовательностью аминокислот в молекуле белка. Такой взгляд на структуру и образование антител полностью соответствовало тогдашним представлениям о синтезе белка на белковой же матрице.

Однако гипотеза прямой матрицы вскоре пришла в противоречие с представлением об идентичности первичной структуры антител (т.е. последовательности аминокислот). Данные, полученные английским биохимиком Р. Портером, впоследствии нобелевским лауреатом, свидетельствовали не только о сходстве первичной структуры антител, но и об их одноцепочечном строении. И то и другое оказались неверными. Но в начале 40-х годов эти представления воспринимались как доказанные. Вскоре место первой гипотезы прямой матрицы заняла вторая.

Л. Полинг (L. Pauling) (нобелевский лауреат по химии) и Д. Кемпбелл (D. Campbell), известный иммунохимик, предположили, что до встречи с антигеном синтезируется «заготовка» для антител в виде полипептидной цепочки, не имеющей окончательной конформации. При контакте с антигеном оба конца полипептидной цепи приобретают комплементарность к небольшим участкам антигена и стабилизируются путем образования дисульфидных связей. Схему приняли с энтузиазмом – она объясняла существование огромного количества антител, возникающих на основе немногих вариантов аморфных заготовок – протоантител. Она указывала, как антиген инструктирует образование комплементарных, строго специфических антител, и соответствовала данным об идентичности первичной структуры антител и их двувалентности, равно как и распознавании антителами небольших детерминантных групп в молекуле антигена.

Авторы подтвердили свою гипотезу экспериментально, получив антитела или их подобие in vitro, – добавляя в пробирке к денатурированным прогреванием белкам сыворотки крови химический гаптен. Впрочем, данные эти в дальнейшем не воспроизводились. Таким образом, гипотеза матрицы довольно просто объясняла специфичность и разнообразие антител на основе имевшихся тогда представлений. До середины 70-х годов она оставалась наиболее простой и естественной в объяснении разнообразия и специфичности антител. Гипотеза не предполагала предсуществования антител, т.е. некоего дополнительного принципа, требующего собственного объяснения, причем явно не тривиального, и не нуждалась в существовании неограниченного количества генов, контролирующих синтез рецепторов к антителам (антител рецепторов), которые вряд ли уместились бы в геноме животного.

Напомню, что матричные гипотезы создавали химики, решая химические и биохимические задачи – определение специфичности антител и ее возникновение в процессе биосинтеза белка. Но иммунитет не только химия, он не сводится полностью к специфичности, его неотъемлемое свойство – horror autotaxis – боязнь самоотравления, по выражению Эрлиха, или, как позже сформулировал Бернет (M. Burnet), – способность отличать «свое от не своего».

Другая обязательная характеристика иммунитета – способность при повторном контакте с антигеном отвечать образованием антител быстрее, сильнее и специфичнее, чем при первом (иммунологическая память). На этом свойстве основана вакцинация, с которой и началось изучение приобретенного иммунитета. И наконец, самый «молодой» (1953) феномен – толерантность – утрата способности реагировать на данный антиген вследствие контакта его с организмом в ходе эмбрионального развития. Как можно было объяснить эти свойства матричными теориями? Какие эксперименты предлагали они для исследования иммунитета? В чем их конструктивность?

А профессионала в первую очередь интересует именно конструктивность – план эксперимента, диктуемый гипотезой и дающий ему возможность по-новому подойти к проблеме. Конструктивность нужна исследователю для повседневной работы, и он нуждается в ней даже больше, чем в объяснении известных фактов и явлений. С точки зрения профессионала, гипотеза больше оценивается по ее конструктивности, чем по объяснительной способности.

Так что же диктовали матричные гипотезы? Для каждой из перечисленных особенностей иммунитета они требовали дополнительных допущений, но общая картина была мозаичной, лишенной цельности. А эксперименты, не совместимые с ней? Гипотеза не предвидела принципиально новых экспериментов. Возник теоретический вакуум, и потребность в новом взгляде висела в воздухе.

Продукция антител

Австралийский ученый М. Бернет (M. Burnet), работавший с вирусными инфекциями и знавший иммунитет как микробиолог, эпидемиолог и медик, думал преимущественно о его биологических особенностях. Он впервые четко сформулировал проблему: как объяснить с единых позиций главные особенности иммунитета – способность отличать чужеродные макромолекулы от собственных, память и толерантность [4]. Он, вероятно, чувствовал, что за этими, казалось бы разрозненными явлениями стоит единый принцип и стремился разглядеть его под поверхностью до банальности известной феноменологии. И он вглядывался немного со стороны – не был профессиональным иммунологом, не обязан был иметь готовый ответ. Главный сдвиг в понимании проблемы, сделанный Бернетом: не матрица отвечает за особенности иммунитета, а динамика антителообразующих клеток (АОК). Как возникают эти клетки – вопрос отдельный, но раз возникнув, популяция этих клеток и ее динамика определяют всю картину иммунитета. Сохранение памяти о первичном контакте с антигеном – это сохранение потенциальных продуцентов антител; усиленный и ускоренный вторичный ответ – готовая популяция предшественников антителообразующих клеток. Отсутствие ответа на собственные антигены еще оставалось загадкой, но допускалось, что собственные антигены имеют метку «своего», освобождающую их от иммунного ответа.

Эти взгляды сформулированы в 1949 г. в монографии Бернета и Феннера «Продукция антител» (Burnet M. & Fenner F., «The production of Antibodies»), где выдвинута гипотеза непрямой матрицы: антиген каким-то образом меняет структуру или конформацию РНК (наиболее вероятную в то время матрицу для синтеза белка), которая обладает и самовоспроизводимостью, вследствие чего возникает клон клеток, синтезирующих комплементарные к антигену антитела. Гипотеза мало повлияла на ситуацию в иммунологии и не заполнила теоретический вакуум. Она не отвечала на вопрос: как и почему РНК реагирует на антиген адекватными изменениями, ведущими к синтезу антиген-специфических антител? Она не заменяла «классической» матрицы. Один тупик заменялся другим.

Выход наметился в другой, вполне независимой серии работ. Оказалось, что сродство антител к антигену варьирует чрезвычайно широко – от полного соответствия к уменьшению вплоть до сродства неспецифического глобулина. Выяснилось также, что с помощью высокочувствительных методов, например используя в качестве антигена бактериофаг*, соответствующие антитела можно обнаружить в очень малых количествах в крови неиммунного животного и до введения антигена.

* Инактивация бактериофагов относится к наиболее чувствительным иммунологическим реакциям.

Возникла мысль, что в крови предсуществует весь спектр возможных антител (в ничтожно малых количествах и с низким сродством), который создается микровариантами глобулинов нормальной сыворотки. Антиген, попадая в кровь, находит свое антитело, образующийся комплекс поглощается антителообразующими клетками (тогда думали, что это макрофаги) и стимулирует продукцию данного варианта антител. Антиген отбирает наиболее аффинные антитела, и процесс повторяется, приводя и к индукции соответствующих антител, и к повышению их специфичности. Процесс иммунизации – аналог естественного отбора, а антиген – его ведущий фактор. Так вновь появилась идея о предсуществовании антител и о сути иммунизации. Идея принадлежала датскому иммунологу Н. Ерне (N. Jerne) и была опубликована в 1955 г. Ее сильная сторона заключалась в новом подходе к специфичности: высокоспецифичные антитела возникают из малоспецифичного предшественника путем «естественного отбора». В остальном – в механизме памяти и толерантности, а также в конструктивности – большого прорыва не было.

Но эта мысль была услышана Бернетом и дала недостающий толчок его представлениям [4]. Он разместил популяцию предсуществующих антител в виде рецепторов на поверхности предшественников антителообразующих клеток так, чтобы рецепторы одной специфичности были на мембране одной клетки. Одна клетка – одно антитело. Антиген, попадая в организм, находит свой рецептор на своем предшественнике АОК и стимулирует его к пролиферации, образуя клон данной специфичности. При этом специфичность антителообразующих клеток непрерывно повышается в процессе иммунизации, так как отбираются специфичные варианты, обладающие более высоким сродством к антигену. Толерантность с этой точки зрения – выпадение клонов АОК, реагирующих с антигеном в ходе эмбрионального развития. Тот же механизм ведет к отсутствию реакции на «свое» – соответствующие клоны выпадают в онтогенезе, при созревании иммунной системы.

Нужно оценить смелость гипотезы и потому, что в то время не была установлена природа ни антителообразующих клеток, ни их предшественников, еще не было показано, что антитела или их предшественники присутствуют в виде рецепторов на поверхности АОК, что антиген стимулирует пролиферацию предшественников АОК, не говоря уже о господствовавшем тогда мнении, что одна антителообразующая клетка продуцирует антитела только одной специфичности.

Взлеты и падения клональной теории

Надо ли говорить, как была встречена новая клонально-селекционная теория Бернета? С радостью – из-за возможности ее легко опровергнуть, в штыки – из-за полного несоответствия общепринятой матричной точке зрения. Она была высоко конструктивна: диктовала совершенно новые эксперименты, призванные ее полностью отвергнуть.

Первое: одна клетка – одно антитело. Не более двух. (Если структура антител определяется геном, то пара хромосом в антителообразующей клетке может контролировать два антитела.) Совершенно ново, вполне проверяемо, и если одна клетка продуцирует несколько антител – теория не проходит.

Второе: критический минимум клеток, необходимый для индукции иммунного ответа. Он должен быть не менее числа специфичностей антител, в противном случае произвольно взятый антиген не найдет предшественника АОК и не включит его в «естественный отбор».

Наконец: несколько феноменов, плохо совместимых с клонально-селекционной теорией – аутоиммунные болезни, т.е. принципиальная возможность синтеза антител против «своего», и конкуренция антигенов при иммунизации. Если иммунная система – это мозаика клонов, то как объяснить конкуренцию антигенов?

Клонально-селекционная теория, опубликованная Бернетом в 1957 г. (в развернутом виде, как монография – в 1959-м [5]), была услышана всеми, но вызвала массовое неприятие и энтузиазм, направленный на ее опровержение.

Одновременно и независимо от Бернета тот же принцип был высказан американским исследователем Д. Тэлмеджем (D. Talmage) [6]. Исследуя кривые образования антител, он увидел, что они идентичны кривым экспоненциального размножения клеточной популяции. На этом основании Тэлмедж предположил, что в основе продукции антител лежит пролиферация клона антителообразующих клеток, синтезирующих антитела определенной специфичности. Роль антигена заключается в том, чтобы найти и запустить в пролиферацию клон клеток, предназначенных к синтезу данных антител. Антигена для сохранения «памяти» уже не требуется. Правда, работа Тэлмеджа не вызвала ни положительного, ни отрицательного резонанса. Реакция иммунологического сообщества была направлена на Бернета – на опровержение его теории.

Итак, одна клетка – одно антитело. Это положение казалось наиболее уязвимым. Самые первые опыты, поставленные молодым сотрудником Бернета Г. Носселом (G. Nossel) и американским профессором Дж. Ледербергом (J. Lederberg), подтвердили гипотезу. В их опытах использовались сальмонеллы (брюшнотифозные бактерии), имеющие соматический (О) и жгутиковый (Н) антигены. Антитела к О-антигену давали агглютинацию по одному типу, а анти-Н склеивали бактерии по другому (рис. 2). Одиночные клетки селезенки, взятые от иммунизированного целыми бактериями животного и помещенные в микрокапли, которые содержали взвесь бактерий, давали агглютинацию одного типа – либо О, либо Н. Клеток, продуцирующих антитела к Н и О, авторы не обнаружили. Это был первый и притом поразительно четкий и красивый положительный результат.

Рис. 2Агглютинация бактерий в микрокаплях, содержащих одну антителообразующую клетку (выделена цветом).Соматическая агглютинация антителами к О-антигену (слева) и жгутиковая к Н-антигену. 

Однако в последующие годы стали появляться данные о продукции клеткой двух или трех антител, что было несовместимо с клонально-селекционной теорией. Со временем эти результаты не подтвердились, а гипотеза «одна клетка – одно антитело» получала доказательства с разных сторон. К началу 70-х годов стало ясно, что даже при иммунизации одним белком в организме возникают антителообразующие клетки, продуцирующие антитела к различным детерминантам одной и той же молекулы. Исключения из этого правила были вызваны экспериментальными ошибками. Правда, все эти данные относились к зрелым АОК, а не к их предшественникам, постулируемым теорией Бернета. Вполне возможно, что моноспецифичные АОК возникали из полипотентных предшественников, активированных антигеном или даже одной его детерминантной группой [3].

Проблема «критического минимума» клеток, необходимых для индукции иммунного ответа, также прошла через ряд драматических этапов. Сначала сам Бернет разработал наглядную систему выявления иммунологического ответа лейкоцитов in vitro по их видимой реакции на клетки хорионаллантоисной оболочки. При реакции лейкоцитов на антигены полупрозрачной оболочки появлялись четкие бляшки. Бернет определил, сколько клеток крови донора надо, чтобы возникла бляшка у иммунологически несовместимых кур. Оказалось – 70, что по крайней мере на два-три порядка меньше, чем требовала клональная гипотеза. По расчету, необходимая для реакции с любым, произвольно взятым антигеном антителообразующая клетка должна бы присутствовать в популяции с частотой не менее 1/104–1/105. Поскольку детерминантная группа белка состоит из четырех-пяти аминокислот, предельное число сочетаний по четыре или пять из 20 дает величину, существенно меньшую (не 104–105, а соответственно 5·10³–15·10³). При меньшей частоте (а в опытах Бернета – 1/10²) гипотеза себя отвергала. Однако в этих опытах нельзя было определить, сколько антигенов участвовало в реакции (их могло быть очень много), да и частота иммунного ответа на антигены тканевой совместимости, как оказалось в дальнейшем, исключительно высока (до 1/10), что и сегодня весьма загадочно. Во всяком случае такая система для проверки клональной теории не годилась. Но самый серьезный удар был нанесен, когда in vivo, в селезенке облученных мышей, были получены клоны кроветворных клеток. Они восстанавливали иммунный ответ у тотально облученного животного. Оказалось, что смесь клеток из четырех или семи клонов восстанавливает иммунологический ответ животного на произвольно взятый антиген, т.е. четыре – семь клонов вместо постулируемых 104–105.

Эти данные были доложены на международной конференции в 1963 г., и Бернет публично отказался от своей теории, перенеся принцип селекции внутрь клетки. Конечно, такая модификация если и не сводила на нет весь смысл клонально-селекционного принципа, то существенно его обесценивала. Но данные в пользу теории продолжали накапливаться. Прямое определение числа клеток, способных реагировать с произвольно взятым меченым антигеном, соответствовало 1/104–1/105.

Иммунокомпетенция облученных животных восстанавливалась трансплантацией клеток костного мозга, селезенки или лимфатических узлов, если их количество соответствовало ожидаемому, т.е. 104–105. Удаление с помощью иммуносорбента иммунокомпетентных клеток, реагирующих на данный антиген, лишало эту популяцию способности реагировать на него, не снижая реактивность на другие антигены. Опыты моделировали и толерантность, основанную согласно теории, на выпадении предсуществующих клонов. Одним из самых результативных стал метод Еpнe, позволявший идентифицировать АОК и определять их число при ответе на антигены чужеродных в видовом отношении эритроцитов или на любые антигены, химически конъюгированные с эритроцитами. Антителообразующие клетки определялись в суспензии клеток селезенки, смешанных в геле агарозы с эритроцитами, взятыми для иммунизации. Добавление комплемента* после кратковременной инкубации приводило к гемолизу эритроцитов вокруг клеток, продуцирующих антитела. Метод Ерне позволил построить количественную кривую динамики антителообразующих клеток, которая полностью соответствовала восходящей части кривой антителообразования. Стало ясно, что эта кривая отражает динамику популяции АОК, а не интенсивность матричного (или иного внутриклеточного) синтеза антител.

* Система комплемента вызывает лизис эритроцитов (гемолиз), на которых фиксированы антитела.

Признание

Итак, теория явно набирала предсказательную и конструктивную силу, несмотря на, казалось бы, сокрушительную, ниспровергающую ее аргументацию. Со временем выяснилось, что кроветворные колонии в селезенке облученных мышей образованы полипотентными стволовыми клетками кроветворной ткани на очень ранней стадии дифференцировки. Эти клетки дают предшественников всех ветвей дифференцировки кроветворной ткани, в том числе предшественников антителообразующих клеток, находящихся еще на стадии доклональной дифференцировки. Поэтому клоны стволовых клеток совсем не соответствуют клонам предшественников антителообразующих клеток, что впоследствии и подтвердилось.

Таким образом, к началу 70-х годов клонально-селекционный принцип прочно вошел в иммунологию, хотя никто не показал, что матрица или антиген не «инструктируют» синтез антител. Контуры общей теории иммунитета выразительно прорисовывались. В основу системы иммунитета легла совокупность микроклонов, отличающихся непрерывным спектром моноспецифических рецепторов, которые реагируют с любым антигеном. Роль антигена сводилась к взаимодействию с клоном, несущим комплементарный рецептор, и к стимуляции пролиферации этого клона. Это представление утвердилось к середине 70-х годов и не требовало уже специальных доказательств.

Но окончательно теория была доказана с помощью метода, позволившего получать моноклональные антитела [7]. Выяснилось, что клоны антителообразующих клеток, ранее не жизнеспособные в длительной культуре, моноспецифичны, несут на своей поверхности антительные рецепторы и существуют до встречи с антигеном. Более того, были получены гибридомы (гибриды опухолевой клетки с цитотоксическими лимфоцитами), которые также клонированы, моноспецифичны, несут на своей мембране антигенраспознающие рецепторы и существуют до встречи с антигеном. Принцип селекции клонов приобрел универсальность. Встали на свое место и плазмацитомы – опухоли антителообразующих клеток, продуцирующие строго гомогенные, моноклональные иммуноглобулины, и многочисленные лимфомы – злокачественные клоны клеток предшественников антителообразующих клеток или цитотоксических лимфоцитов.

Итак, клонально-селекционная теория иммунитета постулировала их предсуществование. Но не объясняла, как оно возникает – на основе конформационных вариантов протоантител, имеющих идентичную первичную структуру, или же отличающихся по первичной структуре, а значит – генетически? Каков генетический контроль синтеза иммуноглобулинов? Как возникают миллионы предсуществующих антител? Очевидно, эта проблема, получившая название генерации разнообразия антител, – фундаментальна для иммунологии. Несмотря на свою кажущуюся неразрешимость, она была блестяще решена и вошла в число основополагающих принципов иммунологии [8].

Литература

  1. Абелев Г. И. Основы иммунитета // Соросов. образоват. журн. 1966. №5. С. 4–10. (Ссылка ведет к тексту статьи в редакции 1996 года. На сайте имеется также текст с правками 2011 года)
  2. Ульянкина Т. И. Зарождение иммунологии. М., 1996.
  3. Гауровитц Ф. Иммунохимия и биосинтез антител. М., 1969.
  4. Бернет М. Целостность организма и иммунологические реакции. М., 1963.
  5. Burnet M. The clonal selection theory of acquired Immunity. Cambridge, 1959.
  6. Talmage D. Is this theory necessary // Immunology 1930–1980 / Ed. P. Mazumdar. Toronto, 1990. P. 67–72.
  7. Абелев Г. И. Моноклональные антитела (На настоящем сайте – с небольшими дополнениями и поправками 2010 года) // Соросов. образоват. журн. 1998. №1. С. 16–20.
  8. Энциклопедия современного естествознания. Т. II. Общая биология. Раздел «Иммунология» / Под ред. В. Н. Сойфера и Ю. П. Алтухова. М., 1999. С. 207–240.

Опубликовано в журнале «Природа» №11, 2002, с. 75–80

На первую страницу сайта

Рейтинг@Mail.ru

garriabelev.narod.ru

Клонально-селекционная теория иммунитета ф.Бернета

Суть клонально-селекционной теории Ф.Бернета заключается в том, что в процессе созревания лимфоцитов происходит строгая выбраковка клеток по следующим признакам:

  1. Неспособность к распознаванию рецепторов МНС 1 и МНС 2 клеток собственного организма;

  2. Способность к распознаванию собственных антигенов, презентируемых на МНС 1 и МНС 2.

Клетки, имеющие вышеперечисленные признаки, подлежат уничтожению. Остальные лимфоциты продолжают дифференцировку и становятся родоночальниками клонов – групп лимфоцитов, имеющих антигенраспознающий рецептор одинаковой специфичности.

Селекция т-лимфоцитов

Незрелые T-лимфоциты мигрируют из костного мозга в кору тимуса и начинают интенсивно делиться. В коре тимуса в процессе контакта с эпителиальными клетками тимуса, которые экспрессируют и MHC I и MHC II молекулы осуществляется позитивная селекция. Лимфоциты, способные взаимодействовать с молекулами МНС, получают позитивный стимул - сигнал к размножению, а клетки неспособные взаимодействовать с МНС получают негативный сигнал к самоликвидации (апоптозу).

Далее прошедшие позитивную селекцию лимфоциты мигрируют в мозговое вещество тимуса и на границе коры и мозгового вещества происходит негативная селекция Т-лимфоцитов. Негативная селекция осуществляется в процессе их взаимодействия с дендритными клетками и макрофагами, которые презентируют собственные антигены организма.

Аутоагрессивные Т-лимфоциты получают сигнал к самоликвидации (негативная селекция), аутотолерантные – продолжают размножаться и покидают мозговое вещество тимуса, расселяются по периферическим органам иммунной системы. Было показано, что в процессе селекции не проходит отбор и погибает около 95% Т-лимфоцитов.

Лимфоциты, располагающиеся в корковом слое тимуса вначале имеют на мембране как CD4, так и CD8 – рецепторы. Далее клетки, распознающие MHC I теряют CD4 и становятся CD8+ , т.е. превращаются в ЦТЛ, а клетки, распознающие MHC II – наоборот, теряют CD8 и превращаются в CD4+, т.е. в Т-хелперы.

Т-лимфоциты, прошедшие дифференцировку и отбор в тимусе называются «наивные» Т-лимфоциты. После встречи с соответствующим антигеном они превращаются в примированные или эффекторные Т-лимфоцитами, готовые воспринимать цитокиновые сигналы к активации.

Селекция в-лимфоцитов

В костном мозге незрелые B-лимфоциты, проходят негативную селекцию. Лимфоциты, способные связывать собственные антигены своим поверхностным антигенраспознающим рецептором IgM, получают сигнал к самоликвидации (апоптозу) и погибают. Прошедшие негативный отбор В-лимфоциты делятся, причем, каждый из них образует группу потомков, клон, обладающих одинаковой специфичностью. Зрелые В-лимфоциты выходят из костного мозга в кровоток и заселяют лимфоидные органы.

Лекция 6. Нарушения иммунитета

К нарушениям иммунитета относятся:

  1. Реакции гиперчувствительности;

  2. Аутоиммунные реакции;

  3. Иммунодефицитные состояния.

Реакции гиперчувствительности. Классификация Джелла и Кумбса – 4 типа реакций гиперчувствительности.

РГЧ 1-го типа.

Астма, сенная лихорадка, экзема, крапивница, пищевая аллергия.

Аллергены: лекарственные вещества, гетерологичная сыворотка, пыльца растений, фекалии микроклещей пыли, пищевые продукты (яйца, молоко, крабы, рыба и др).

Факторы, способствующие проникновению аллергенов в слизистую оболочку являются частицы дизельных выхлопов (ЧДВ), содержащиеся в городской атмосфере.

Наследственная предрасположенность к аллергическим реакциям 1-го типа связана с аллелями HLA-B8 иDR3.

Диагностика: постановка кожных проб.

Лечение: гипосенсибилизация – подкожное введение возрастающих доз аллергена, в результате происходит переключение на преимущественный синтез IgG.

Профилактика: исключение контакта с аллергеном; при необходимости введения гетерологичной лечебной сыворотки – дробное введение по Безредке. Назначение антигистаминных препаратов.

РГЧ 2-го типа – цитотоксические реакции с участием IgGи комплемента. Наблюдаются в случае, если антитела реагируют с антигеном, находящимся на клеточной мембране. При этом к образовавшемуся комплексу присоединяется комплемент, последние фракции которого (С5-С9) называются перфоринами. Белковые молекулы этих фракций встраиваются в клеточную мембрану, образуя крупную пору, через которую в клетку поступает вода. В результате происходит лизис клетки. Этот тип гиперчувствительности может развиться при длительном применении лекарственных преператов, способных адсорбироваться на эритроцитах; пример-антиаритмический препарат квинидин. Примером РГЧ 2-го типа является гемолитическая болезнь новорожденных при резус-конфликте (ретикулоцитоз). Другой пример- тромбоцитопеническая пурпура.

РГЧ 3-го типа связаны с образованием большого количества иммунных комплексов при поступлении в организм большого количества чужеродного белка без предварительной сенсибилизации, например при введении лечебных или профилактических гетерологичных антисывороток. В результате временного дефицита комплемента происходит отложение малых иммунных комплексов в стенках сосудов, суставах, почечных клубочках. После восполнения дефицита комплемента он фиксируется на малых иммунных комплексах (МИК), находящихся в тканях. К образовавшимся большим иммунным комплексам (БИК) мигрируют макрофаги, которые поглощают БИК и выделяют цитокины, вызывающие воспалительную реакцию. Результатом РГЧ 3-го типа является развитие сывороточной болезнм, проявлениями которой являются васкулит, артрит и гломерулонефрит.

РГЧ 3-го типа может проявляться в форме так называемого феномена Артюса. В отличие от сывороточной болезни, феномен Артюса – это бурная местная воспалительная реакция, которая сопровождается некрозом тканей в месте введения антигена. Обязательным условием для развития реакции Артюса является предварительная сенсибилизация организма данным антигеном (чужеродным белком) и наличие в сыворотке крови высокой концентрации антител к этому антигену.

РГЧ 4-го типа происходят с участием цитотоксических лимфоцитов.

Существуют 3 вида РГЧ 3-го типа: контактная, туберкулиновая и гранулематозная.

    1. Контактная гиперчувствительность характеризуется экзематозной реакцией в месте воздействия антигена. Сенсибилизация организма происходит, как правило соединениями никеля, хрома, веществами, входящими в состав моющих средств, т.е гаптенами. Основными АПК при контактной гиперчувствительности являются дендритные клетки кожи – клетки Лангерганса. Реакция контактной гиперчувствительности протекает в 2 стадии: сенсибилизации и проявления. Период сенсибилизации длится около 2-х недель. Гаптен, проникнув в кожу, соединяется с белком. Этот комплекс поглощают дендритные клетки, которые впоследствии презентируют гаптен-белковый комплекс Т-лимфоцитам. В сенсибилизированном организме после повторного контакта с антигеном в течение 48-72 часов происходит миграция Т-лимфоцитов к месту контакта с антигеном и развивается местная воспалительная реакция.

    2. Гиперчувствительность туберкулинового типа. Туберкулин – это фильтрат убитой культуры туберкулезной палочки, содержащий бактериальные антигены. Впервые был получен Р.Кохом.

Реакция гиперчувствительности на туберкулин возникает только у лиц, в организме которых присутствуют живые возбудители туберкулеза. После внутрикожного введения туберкулина к месту введения мигрируют моноциты и сенсибилизированные Т-лимфоциты, которые выделяют цитокины (ФНО-альфа и бета). Цитокины повышают проницаемость сосудистой стенки и в месте введения туберкулина образуется воспалительный инфильтрат, который достигает максимальных размеров через 48 часов.

    1. Гранулематозная гиперчувствительность. Гранулематозные реакции развиваются в тех случаях, когда инфекционный агент остается жизнеспособным в макрофагах, например, при туберкулезе и проказе. Активированный макрофаг, внутри которого находятся живые возбудители, трансформируется в эпителиоидную клетку, которая активно продуцирует цитокины - ФНО. Эпителиоидные клетки сливаются друг с другом, образуя гигантские клетки Лангганса. В центре гранулемы располагаются эпителиоидные клетки, клетки Лангганса и макрофаги. Центр гранулемы окружают Т-лимфоциты. Кнаружи от Т-лимфоцитов находится зона пролиферирующих фибробластов, которые отграничивают зону воспаления от здоровых тканей.

studfiles.net

Клонально-селекционная теория образования антител - Справочник химика 21

    Клонально-селекционная теория образования антител [c.255]

    Это центральное положение клонально-селекционной теории иммунитета долгие годы вызывало большие дискуссии. Была понятна предтерминированность к антигенам, с которыми организм встречался в процессе филогенеза, но возникали сомнения действительно ли есть Т-лимфоциты с рецепторами к новым (синтетическим и химическим) антигенам, возникновение которых в природе связано с развитием технического прогресса в XX веке. Однако специальные исследования, проведенные с помощью наиболее чувствительных серологических методов, выявили у человека и более чем у 10 видов млекопитающих нормальные антитела к ряду химических гаптенов — динитрофенилу, З-йод-4-оксифенилуксусной кислоте и т. д. [118]. По-видимому, трехмерные структуры рецепторов действительно весьма разнообразны, и в организме всегда может найтись несколько клеток, рецепторы которых достаточно близки к новой детерминанте. Возможно, что окончательная притирка рецептора к детерминанте может происходить после их соединения в процессе дифференцировки Трлимфоцитов в Тг-лимфоциты после встречи со своим антигеном Тр клетка путем одного — двух делений превращается в ан-тигенраспознающую и активированную (коммитирован-ную, примированную по терминологии разных авторов) антигеном долгоживущую Тг-клетку. Тг-лимфоциты способны к рециркуляции, могут повторно попадать в тимус, чувствительны к действию анти-0-, антитимоцитарных и антилимфоцитарных сывороток. Эти лимфоциты составляют центральное звено иммунной системы. После образования клона, т. е. размножения путем деления в морфологически идентичные, но функционально неоднородные клетки, Т-лимфоциты активно участвуют в формировании иммунного ответа. [c.8]

    Путь от антигена к синтезу антитела-индуцируемый процесс. Однако этот феномен может быть объяснен и без ссылки на ламаркизм при помощи клональной селекционной теории, основные положения которой суммированы на рис. 39.2. Рекомбинация V- и С-генов, приводящая к образованию функционального гена, происходит в популяции незрелых В-лимфоцитов. Каждая клетка образует антитело только одной специфичности, что предполагает только одну перестройку в генах легких цепей и одну перестройку в генах тяжелых цепей. Разные клетки продуцируют разные антитела, поскольку при каждом новом акте реконструкции соединяются разные V- и С-гены. При появлении антигена клетка, вырабатывающая антитело, специфичное к данному антигену, стимулируется к делению, возможно, благодаря какому-то сигналу, поступающему с клеточной поверхности, где происходит взаимодействие антитела с антигеном. В результате последующих клеточных делений появляется большое число новых лимфоцитов, секретирующих данное антитело в таких огромных количествах, что оно может стать доминирующим в популяции антител. Следует заметить, что весь этот процесс происходит исключительно в соматических клетках и не затрагивает клетки зародышевой линии таким образом, ответ организма на антиген по наследству не передается. [c.504]

    Благодаря постоянным мутациям генов, мутациям клонов иммунокомпетентных клеток, главным образом лимфоцитов, практически на введение любого антигена могут последовать реакция образования специфического антитела и размножение того клона лимфоцитов, который синтезирует антитела, комплементарные антигену. Следует подчеркнуть, что одна плазматическая клетка вырабатывает антитела только одной специфичности. Следовательно, в организме должно существовать множество клонов иммунокомпетентных клеток. Окончательно механизм синтеза и передачи по наследству способности выработки огромного количества специфических антител буквально к любому из многочисленных антигенов неясен. Наиболее полно этот механизм объясняют клонально-селекционная теория Ф. Бернета и теория С. Тонегавы. [c.154]

    Первой среди них была теория, предложенная Нильсом Ерне (Jerne) в 1955 г. Несмотря на ошибочные представления об антителах как основных единицах отбора, его вклад в проблему был плодотворен. Его теория переместила интересы иммунологов с инструктивньк теорий, по которым антитела принимают любую форму в зависимости от формы антигена, на селекционные. В 1957 г. Макфарлейн Вернет предположил, что основной единицей отбора антигеном является клетка, и что одна клетка отвечает за образование антител только одного типа. Именно Вернет придумал термин клональная селекция [1]. В основе этой теории лежит представление о том, что одна клетка производит только одно антитело (точнее, антитела одной специфичности). Существует много разных клеток (лимфоцитов), образующих и несущих на поверхности разные антитела. Клетка отбирается антигеном, форма которого соответствует антителам, производимым данной клеткой. Именно она начинает размножаться и дает клон идентичных клеток, причем все клетки [c.93]

chem21.info

Клональная теория - Справочник химика 21

    Путь от антигена к синтезу антитела-индуцируемый процесс. Однако этот феномен может быть объяснен и без ссылки на ламаркизм при помощи клональной селекционной теории, основные положения которой суммированы на рис. 39.2. Рекомбинация V- и С-генов, приводящая к образованию функционального гена, происходит в популяции незрелых В-лимфоцитов. Каждая клетка образует антитело только одной специфичности, что предполагает только одну перестройку в генах легких цепей и одну перестройку в генах тяжелых цепей. Разные клетки продуцируют разные антитела, поскольку при каждом новом акте реконструкции соединяются разные V- и С-гены. При появлении антигена клетка, вырабатывающая антитело, специфичное к данному антигену, стимулируется к делению, возможно, благодаря какому-то сигналу, поступающему с клеточной поверхности, где происходит взаимодействие антитела с антигеном. В результате последующих клеточных делений появляется большое число новых лимфоцитов, секретирующих данное антитело в таких огромных количествах, что оно может стать доминирующим в популяции антител. Следует заметить, что весь этот процесс происходит исключительно в соматических клетках и не затрагивает клетки зародышевой линии таким образом, ответ организма на антиген по наследству не передается. [c.504]

    Во второй половине XX в. в физиологии растений все явственнее намечается тенденция слияния в единое целое биохимии и молекулярной биологии, биофизики и биологического моделирования, цитологии, анатомии и генетики растений. Становится все очевиднее, что явления жизни невозможно понять только в рамках одной биохимии или одной биофизики вне конкретных биологических структур. Физиология вступает в период синтеза. В связи с этим наряду с углублением исследований на субклеточном и молекулярном уровнях возрастает интерес к изучению систем регуляции и механизмов, обеспечивающих целостность растительного организма (А. Л. Курсанов, М. X. Чайлахян). Резко ускоряются исследования механизмов реализации наследственной информации, роли мембран в системах регуляции, механизма действия фитогормонов, развивается электрофизиология растений. Всему этому способствует быстрый прогресс в разработке методов культуры органов, тканей и клеток, который имеет большое значение и для практики (селекция, клональное микроразмножение, поддержание без-вирусных элитных культур растений). Большие перспективы открывает для физиологии и биохимии растений новая, быстро развивающаяся отрасль промышленности — биотехнология. В интенсивном сельском хозяйстве находят широкое применение теория минерального питания и водного обмена, химические регуляторы роста растений, гербициды и фунгициды. [c.11]

    Один иэ центральных вопросов иммунологии — каким образом организм включает биосинтез антител определенной специфичности, комплементарных введенному антигену,— был решен Ф. Бернетом. разработавшим так называемую теорию клональной селекции. Согласно этой теории, существует множество клонов лимфоцитов, каждый из которых несет на своей поверхности рецептор уникальной специфичности. Попадающий в организм антиген связывается с комплементарным ему рецептором, в результате чего клеточный клон размножается и начинает секретировать антитела той специфичности, которую имел рецептор. [c.209]

    Таким образом, согласно теории клональной селекции, иммунную систему по принципу ее работы можно сравнить скорее с фабрикой готовой одежды, чем с ателье, где шьют по мерке. Вопрос о том, как организм животного может вырабатывать такое множество разных антител, становится поэтому проблемой генетики, а не белковой химии. [c.12]

    Иммунная система служит для борьбы с болезнетворными микроорганизмами. Этим, однако, дело не ограничивается — иммунитет обеспечивает контроль за генетическим постоянством клеток организма. Главной задачей иммунной системы является устранение мутантных (в частности, раковых) клеток из организма животного. В ответ на появление антигена организм вырабатывает специфические реактивные клетки (клеточный иммунный ответ) и специфические антитела (гуморальный иммунный ответ). И реактивные клетки, и АТ циркулируют в организме и специфически взаимодействуют с АГ. В результате чужеродный материал может быть инактивирован, разрушен или фагоцитирован клетками ретикуло-эндотелиальной системы. Современные лредставления об иммунитете основываются на клонально-селекционной теории Бернета (1949). В организме производятся лимфоциты, каждый из которых чувствителен к одному АГ или к дескольким родственным АГ. Возникают лимфоциты, чувствие тельные практически к любым АГ, в том числе и к таким, с которыми организм никогда не встречался в биологических условиях. Это определяется налич Еем на мембранах лимфоцитов специ- [c.578]

Рис. 18-5. Теория клональной селекции. Антиген активирует только те клоны Т- и В-клеток, которые уже способны на него отвечать. Предполагается, что иммунная система состоит из миллионов различных клонов лимфоцитов, из которых сотни могут быть активированы данным антигеном. В дальнейшем мы увидим, что индивидуальные клоны лимфоцитов редко отвечают на антиген автономно, как это показано на схеме и как первоначально предполагалось в теории клональной селекции. Их ответы обычно регулируются путем взаимодействий с другими клонами лимфоцитов (разд. 18.6.12). Кроме того, Т-клетки не отвечают на свободный антиген, как это показано на схеме, они отвечают только на антиген, Рис. 18-5. <a href="/info/1351798">Теория клональной селекции</a>. Антиген активирует только те клоны Т- и В-клеток, которые уже способны на него отвечать. Предполагается, что <a href="/info/1624333">иммунная система состоит</a> из миллионов различных клонов лимфоцитов, из которых сотни могут быть активированы данным антигеном. В дальнейшем мы увидим, что индивидуальные клоны лимфоцитов редко отвечают на антиген автономно, как это показано на схеме и как первоначально предполагалось в <a href="/info/1351798">теории клональной селекции</a>. Их ответы обычно регулируются <a href="/info/1589077">путем взаимодействий</a> с другими клонами лимфоцитов (разд. 18.6.12). Кроме того, Т-клетки не отвечают на свободный антиген, как это показано на схеме, они отвечают только на антиген,
    Как и предсказывает теория клональной селекции, все молекулы антител, производимые какой-то одной В-клеткой, имеют одинаковый антиген-связывающий участок. Первые антитела, синтезированные вновь образовавшейся клеткой, не секретируются вместо этого они встраиваются в плазматическую мембрану, где служат рецепторами для антигена. Каждая В-клетка имеет на своей плазматической мембране приблизительно 10 таких молекул. [c.228]

    Глава 4 КЛОНАЛЬНО-СЕЛЕКЦИОННАЯ ТЕОРИЯ [c.93]

    Если старение и гибель клетки были бы предопределены генетически, то это значило бы, что позитивная дифференциация является логическим следствием роста и развития клетки, достигшей высшей стадии специализации, и она завершается смертью Согласно все более подтверждающейся на практике клонально-селекционной (стохастической, от греч sto hasti os — случайный, вероятностный) теории смерть клетки происходит вследствие по- [c.148]

    Очень принципиален вопрос о числе клонов антителообразующнч клеток Согласно клональной теории, оно должно быть равно числу различающихся по специфичности антител, поскольку каждое из них синтезируется в отдельном клоне. К сожалению, до настоящего времени нет возможности ответить на этот вопрос. Согласно мнению ряда ученых. [c.7]

    Большинство исследователей предполагает, что клетки каждого отдельного элемента этой мозаики являются потомками одной клетки, т. е. составляют клон клеток. Особый импульс изучению этого вопроса был дан появлением клональной теории Бернета (Burnet, 1957 Бернет, 1971), согласно которой эта мозаичность возникает до и независимо от действия антигена. [c.135]

    Открытие мобильных генетических злементов Разработка клонально-селекционной теории иммунитета Разработка методов получения моиоклоиальиих антител с помощью гибридом Раскрытие механизма регуляции холестеринового обмена в организме Открытие и исследование факторов роста клеток и органов [c.781]

    Инструктивная гипотеза в 50-х годах уступила место теория клональной сеиекцян, которая ныне пользуется всеобщим признанием. Согласно этой теории, каждый лимфо1шт в ходе своего развития приобретает способность реагировать с определенным антигеном, хотя раньше он никогда не подвергался его воздейстаию. Это обусловлено тем, что на поверхности клетки появляются белки-рецепторы, которые специфически соответствуют данному антигену Связывание антигена с этими рецепторами активирует клетку, вызывая ее размножение и созревание ее потомков Таким образом, чужеродный антиген селективно стимулирует те клетки, которые несут комплементарные ему специфические рецепторы и уже поэтому неизбежно будут реагировать именно на этот антиген-вот почему иммунные ответы антигенспецифичны (рис. 17-6). [c.12]

    Такую селекцию называют клональной потому, что иммунную систему, согласно этой теории, образуют миллионы различных клеточных семейств , или клонов, каждый из которых состоит нз Т- или В-лимфоцитов, происходящих от обшрго предка. Поскольку каждая клетка-предшественница уже детерминирована (или, как говорят, коммитирована) к выработке одного определенного антигенспецифического белка-рецептора, все клетки клона имеют одинаковую антигенную специфичность. [c.12]

    Получены убедительные подтверждения теории клональной селекции. Например, если лимфоциты животного, которое не было иммунизировано, инкубировать в пробирке с любым из нескольких меченых антигенов, например А, Б, В и Г, то только очень малая доля ([c.12]

    Ряс. 17-7. Два типа экспериментов, подкрепляющих теорию клональной селекции. Для простоты рецепторы клеточной поверхности показаны только на лимфоцитах, способных отвечать на антиген А на самом деле все Т- и В-лимфо-Щ1ТЫ имеют на своей поверхности антиген-специфические рецепторы. [c.13]

    Эти два эксперимента показывают, что 1) лимфоциты коммитнруются к реакции на определенный антиген еще до того, как они подвергнутся воздействию этого антигена 2) лимфоциты обладают поверхностными рецепторами, специфически связывающими тот нли иной антиген. Таким образом, подтверждаются два основных предсказания теории клональной селекции Хотя в большинстве экспериментов такого рода изучались В-клетки н ответы, связанные с выработкой антител, сходные эксперименты с Т-клетками позволяют предполагать, что гипотеза клональной селекции справедлива н в отно-шеинн ответа с участием Т-лимфоцитов. [c.14]

    Теория клональной селекции составляет концептуальную основу для понимания клеточного механизма иммунологической памяти. В периферических лимфоидных тканях взрослого животного популяции Т- и В-лимфоцитов одновременно содержат клетки, находящиеся по меньшей мере на трех дискретных стадиях дифференцировки клетки-предшественники, клетки памяти и клетки-эффекторы. Когда клетки-предшествеишоа впервые встречаются с антигеном, некоторые нз ннх стимулируются к размножению и становятся клетхама-эффекторама, т.е. клетками, активно участвующими в создании иммунного ответа (Т-клетки-эффекторы реализуют клеточные ответы, а В-клет-ки-эффекторы секретируют антитела). Другие Т- и В-клетки-предшественники [c.15]

    Антигены главного комплекса гистосовместимости (МНС) примечательны по меньшей мере в двух отношениях. Во-первых, они занимают совершенно особое место среди антигенов-мишеней по своему значению при Т-клеточных трансплантационных реакциях, хотя Т-лимфоциты узнают также множество других антигенов на поверхности клеток. Во-вторых, узнавать чужеродные МНС-антигены может необычно большая доля Т-лим(1юцитов если на какой-либо обычный антиген иного типа отвечает менее 0,1% Т-клеток организма, то на МНС-антигены любого другого индивидуума реагируют уже около 5-10% Т-клеток Этот последний факт очень трудно объяснить с помопц>ю теории клональной селекции, которая предсказывает, что на любой антиген нли даже на любую группу антигенов должна реагировать лишь очень малая доля всех лимфоцитов. [c.58]

    Био синтез и получение индивидуальных иммуноглобулинов. Иммуноглобулины синтезируются в лимфоцитах, которые образуются при диф( ренциации лимфоидной стволовой клетки. В настоящее время общепринятой является так называемая теория клональной селекции, согласно которой каждый лимфоцит может синтезировать, вероятно, только один иммуноглобулин. Групйа лимфоцитов, специализировавшихся на синтезе какого-либо иммуноглобулина, называется клоном. При обычном иммунном ответе (действие нормальной микробной флоры или заражение) про- исходит образование многих различных лимфоцитов, иммуноглобулины которых направлены на различные участки молекулярной структуры антигена. Такой ответ называется поликлональным. В некоторых случаях при гиперстимуляции иммунизации—продолжительной инъекции антигена—наблюдается преобладание относительно небольшого числа клонов это так называемый ограниченный ответ. При ограничении числа клонов практически возможно выделить чистые иммуноглобулины. Еще большие возможности возникают при моноклональном типе ответа. Такой ответ редко наблюдается при обычной иммунизации, но имеет место при дезорганизации размножения клеток — опухолях плазменных клеток. Такие опухоли можно легко трансплантировать нормальным животным, где они продолжают продуцировать большие количества гомогенного иммуноглобулина. Возможно у популяции мышей индуцировать опухоли плазменных клеток частыми внутрибрюшинными инъекциями минерального масла или рентгеновским облучением. [c.103]

    Это центральное положение клонально-селекционной теории иммунитета долгие годы вызывало большие дискуссии. Была понятна предтерминированность к антигенам, с которыми организм встречался в процессе филогенеза, но возникали сомнения действительно ли есть Т-лимфоциты с рецепторами к новым (синтетическим и химическим) антигенам, возникновение которых в природе связано с развитием технического прогресса в XX веке. Однако специальные исследования, проведенные с помощью наиболее чувствительных серологических методов, выявили у человека и более чем у 10 видов млекопитающих нормальные антитела к ряду химических гаптенов — динитрофенилу, З-йод-4-оксифенилуксусной кислоте и т. д. [118]. По-видимому, трехмерные структуры рецепторов действительно весьма разнообразны, и в организме всегда может найтись несколько клеток, рецепторы которых достаточно близки к новой детерминанте. Возможно, что окончательная притирка рецептора к детерминанте может происходить после их соединения в процессе дифференцировки Трлимфоцитов в Тг-лимфоциты после встречи со своим антигеном Тр клетка путем одного — двух делений превращается в ан-тигенраспознающую и активированную (коммитирован-ную, примированную по терминологии разных авторов) антигеном долгоживущую Тг-клетку. Тг-лимфоциты способны к рециркуляции, могут повторно попадать в тимус, чувствительны к действию анти-0-, антитимоцитарных и антилимфоцитарных сывороток. Эти лимфоциты составляют центральное звено иммунной системы. После образования клона, т. е. размножения путем деления в морфологически идентичные, но функционально неоднородные клетки, Т-лимфоциты активно участвуют в формировании иммунного ответа. [c.8]

    Как было показано в предыдущих главах, классическая генетика извлекла истинную сущность генетической теории из глубин неизвестного , в которых, по выражению Мёллера, ее оставила классическая генетика. Такая спасательная операция стала возможной благодаря исследованиям микроскопических бактерий и вирусов, структура и функция генетического материала которых изучены в настоящее время достаточно подробно, чтобы удовлетворить любопытство большинства исследователей, интересующихся основными механизмами биологического самовоспроизведения. Так что если бы биологическая эволюция не пошла дальше структурной организации клеток прокариотов, то наше повествование можно было бы считать законченным. (Следует, однако, отметить, что если бы эволюция действительно остановилась на уровне прокариотов, то эта книга, по всей вероятности, вообще не могла бы быть написана.) Но поскольку животное и растительное царства населены сложными макро--скопическими клональными организмами, состоящими из мириад высокодифференцированных эукариотических клеток, было бы неразумно закончить эту книгу, не рассказав о том, каким образом и в какой степени то, что мы узнали, изучая молекулярную генетику прокариотов, относится также к высокоорганизованным организмам. [c.497]

    Такую селекцию называют клональной потому, что иммунную систему, согласно этой теории, образуют миллионы различных клеточных семейств , или клонов, каждый из которых состоит из Т- или В-лимфоцитов, происходящггх от общего предка. Поскольку каждая клетка-предшественница уже детерминирована (или, как говорят, коммитирована) к выработке одного определенного антиген-специфического белка-рецептора, все клетки клона имеют одинаковую антигенную специфичность. Таким образом, согласно теории клональной селекции, иммунную систему по принципу ее работы можно сравнить скорее с фабрикой готовой одежды, чем с ателье, где шьют по мерке. Вопрос о том, как организм животного может вырабатывать такое множество разных антител, становится поэтому проблемой генетики, а не белковой химии. [c.221]

    Основные положения теории клональной селекции получили убедительные подтверждения. Например, если лимфоциты животного, которое не было иммунизировано, инкубировать в пробирке с любым из несколькггх меченых антигенов, например А, В, С и В, то только очень малая доля (специфические рецепторы для А, В, С или В. Такую интерпретацию подтверждает другой эксперимент. Антиген А делают столь высокорадиоактивным, что любая связавшая его клетка получает летальную дозу облучения оставшаяся после этого популяция лимфоцитов уже не способна реагировать на антиген А, в то время как она продолжает нормально реагировать на В, С и В. Тот же эффект можно получить, если наполнить аффинную колонку (разд. 4.4.3) стеклянными шариками, покрытыми антигеном А, а затем пропускать через эту колонку лимфоциты. В таком опыте клетки с рецепторами для А связываются с шариками, тогда как остальные клетки проходят через колонку клетки, прошедшие через колонку, не взаимодействуют более [c.221]

    Среди множества проблем иммунологии, одну из них, если иметь в виду прежде всего чисто познавательный аспект этой области биологических знаний, следует отнести к самой фундаментальной, поскольку во многом она определяет возможность решения остальных. Эта проблема связана с изучением на атомно-молекулярном уровне механизмов узнавания и ответных реакций иммунной системы на появление в организме инфекционных антигенов - чужеродных белков, вирусов, бактерий, патогенных веществ. Важный шаг в познании принципов функционирования иммунной системы был сделан в 1959 г. Ф. Бер-нетом, разработавшим так называемую теорию клональной селекции, которая и по сей день пользуется всеобщим признанием [265]. Первоначально теория имела сугубо гипотетический характер. Однако заложенные в ней идеи оказались плодотворными и она вскоре смогла стать для экспериментальных исследований не только системой основополагающих научных принципов, но и конкретной программой поиска. В настоящее время эта программа выполнена и сегодня теория клональной селекции представляет собой скорее констатацию надежно установленных фактов, чем концептуальную основу дальнейшего развития иммунологии [266]. Специфичность антигенной реакции лимфоцитов, согласно теории Бернета, обусловлена наличием на поверхности Т- и В-клеток рецепторных белков, избирательно взаимодействующих с определенными антигенами. Связывание с ними рецепторов активирует клетку и вызывает ее эффективное размножение. Таким образом стимулируется пролиферация лимфоцитов, содержащих на своих поверхностях именно те рецепторы, которые, с одной стороны, комплементарны чужеродному антигену, а с другой - могут адекватно сигнализировать клетке о необходимости антиген-специфцч-ного ответа. По теории клональной селекции иммунную систему образуют миллионы различных клеточных семейств или клонов, каждый из которых состоит из Т- или В-лимфоцитов, имеющих общих предшественников. Так как во всех случаях клетка-предшественница детерминирована к синтезу определенного антиген-специфичного белка рецептора, то все клетки одного клона имеют одинаковую антигенную специфичность и, следовательно, могут ответить на сигнал рецептора только одним, присущим клеткам лишь данного клона, способом. Антигенами, как правило, являются белки и полисахариды. На поверхности этих молекул имеются участки, называемые антигенными детерминантами или эпитопами, которые предрасположены к взаимодействиям с антигенсвязывающим участком антитела В-лимфоцита или 3 67 [c.67]

    Новый этап развития иммунологии связан в первую очередь с именем вьщающегося австралийского ученого М.Ф. Бернета. Именно он в значительной степени определил лицо современной иммунологии. Рассматривая иммунитет как реакцию, направленную на дифференциацию всего своего от всего чужого , он поднял вопрос о значении иммунных механизмов в подцержании генетической целостности организма в период индивидуального (онтогенетического) развития. Именно Вернет обратил внимание на лимфоцит как основной участник специфического иммунного реагарования, дав ему название иммуноцит . Именно Вернет предсказал, а англичанин Питер Медавар и чех Милан Гашек экспериментально подтвердили состояние, противоположное иммунной реактивности — толерантности. Именно Вернет указал на особую роль тимуса в формировании иммунного ответа. И, наконец. Вернет остался в истории иммунологии как создатель клонально-селекционной теории иммунитета. Формула такой теории проста один клон лимфоцитов способен реагаровать только на одну конкретную, антигенную, специфическую детерминанту. [c.8]

    Каждый В-лимфоцит содержит на поверхности около 100 тыс. рецепторов одинаковой специфичности. Антиген, встречаясь в кровотоке с комплементарным ргецептором, проводит отбор )(селек-цию) соответствующего В-лимфоцита, который затем, трансформируясь в плазматическую клетку и многократно делясь, образует клон клеток. Эта теория биосинтеза антител, впервые сформулированная П. Эрлихом (1897), а затем модифицированная в соответствии с уровнем развития науки Ф. Бернетом (1941), получила название клонально-селекционной. Важно отметить, что каждый клон плазматических клеток секретирует гомогенные по своей структуре антитела. Однако так как антиген активирует в крови сразу несколько типов В-лимфоцитов, которые содержат рецепторы различной степени специфичности по отношению к исходному антигену,, такой иммунный ответ называется поликлональным, а антитела — поликлональными. [c.11]

    Хотя ранние работы, казалось, поддерживают эту теорию, более недавние исследования внесли значительные сомнения в ее обоснованность. Наиболее серьезные возражения отсутствие стойкой связи между туморогенностью и продукцией энзимов ФА тканевыми фрагментами и первичными культурами, приготовленными из тканей in vivo нормальный или онкогенный статус клеточных линий, использованных в ранних экспериментах, скорее предполагался, чем устанавливался пробами in vivo клональная вариабельность и плотностная зависимость игнорировались в большинстве сравнительных исследований многие нормальные ткани обладают высокими уровнями энзимов ФА и активатора плазминогена. [c.47]

    Эрлих предположил, что соединение антигена с уже имеющимся рецептором на поверхности В-клетки (теперь известно, что это мембраносвязанный иммуноглобулин) заставляет ее синтезировать и секрети-ровать повышенное количество таких рецепторов. Хотя, как показано на рисунке, Эрлих считал, что одна клетка способна производить антитела, связывающие более чем один тип антигена, тем не менее он предвосхитил и клонально-селекционную теорию иммунитета, и фундаментальное представление о существовании рецепторов к антигену еще до контакта с ним иммунной системы. [c.130]

    Сформулирована клонально-селекционная теория приобретенного иммунитета, предсказывающая дарвиновский отбор антигенами клеток, продуцирующих специфические антитела. (М. Вернет, Д. Талмейдж, Н. Ерне) [c.39]

    Первой среди них была теория, предложенная Нильсом Ерне (Jerne) в 1955 г. Несмотря на ошибочные представления об антителах как основных единицах отбора, его вклад в проблему был плодотворен. Его теория переместила интересы иммунологов с инструктивньк теорий, по которым антитела принимают любую форму в зависимости от формы антигена, на селекционные. В 1957 г. Макфарлейн Вернет предположил, что основной единицей отбора антигеном является клетка, и что одна клетка отвечает за образование антител только одного типа. Именно Вернет придумал термин клональная селекция [1]. В основе этой теории лежит представление о том, что одна клетка производит только одно антитело (точнее, антитела одной специфичности). Существует много разных клеток (лимфоцитов), образующих и несущих на поверхности разные антитела. Клетка отбирается антигеном, форма которого соответствует антителам, производимым данной клеткой. Именно она начинает размножаться и дает клон идентичных клеток, причем все клетки [c.93]

chem21.info

Биохимия иммунной системы

Глава 1.Биохимия иммунной системы

1.1.Иммунитет

Иммунитет можно определить как способность организма идентифицировать, нейтрализовать и удалять чуждые структуры с целью сохранения собственной целостности.

Эту способность организма обеспечивает иммунная система, которая возникла в процессе эволюции из клеток двух типов: лимфы и макрофагов. Они принимают участие в работе иммунной системы сами по себе (клеточный иммунитет) или вместе с белковыми продуктами собственной активности, называемыми антителами (гуморальный иммунитет). Нельзя упускать из виду тот факт, что иммунная система функционирует как единое целое, так что разделение на два типа имеет лишь педагогическое значение.

Иммунная система состоит примерно из 1012 лимфоцитов и 1020 молекул иммуноглобулинов, и их главная задача заключается в том, чтобы идентифицировать антигены, т.е. молекулы и клетки, которые не принадлежат организму или образовались из собственных молекул и клеток в результате их физиологического или патологического изменения. В зависимости от их связи с организмом различают антигены от животных того же вида (аллогенные; ранее их называли гомологическими или изоантигенами), антигены от животных другого вида (экзогенные, ранее их называли гетерологическими) и, наконец, искусственные, или синтетические, антигены. Аллогенные антигены, произведенные самим организмом, но затем модифицированные, можно на­звать аутологическими.

После идентификации антигена иммунная система должна нейтрализовать его и удалить. Это происходит двумя путями: с помощью специальных клеток (так называемых Т-клеток), обладающих цитотоксическим действием, и их продуктов (лимфокинов) или с помощью антител (Ат), которые производятся В-клетками. Для обоих способов характерна специфичность в отношении структуры, чуждой для тела.

Нейтрализацию и удаление чуждых структур осуществляют также гуморальные факторы, называемые комплементом и пропердиновой системой. Фагоцитоз и внутриклеточное разрушение антигенов производят макрофаги. Работа всех вышеперечисленных компонентов иммунной системы, которые образуют так называемую иммунологичесую сеть, регулируется таким образом, что иммунная реакция наступает в нужный момент, направлена на определенный антиген, адекватна и ограничена во времени. Отсутствие одного из этих качеств вызывает нарушения в организме и серьезные заболевания, угрожающие самому его существо­ванию. Наиболее серьезны следующие нарушения.

Гиперчувствительность является следствием избыточной иммунной реакции. Она может быть раннего и замедленного типа.

Противоположностью повышенной чувствительности являются иммунотолерантность и иммунодефицитность. В первом случае отсутствует селективная иммунная реакция, а во втором отсутствуют, или повреждены некоторые компоненты иммунной системы. И наконец, существуют аутоиммунные заболевания, при которых аллогенные антигены превращаются в аутологические и иммунная система организма начинает работать против себя.

1.2.Антигены

^ Антигены — это вещества, которые проникают (главным образом парентерально) в организм и вызывают иммунную реакцию. Чаще всего, это высокомолекулярные соединения (белки, полисахариды). Однако антигенами могут быть и низкомолекулярные вещества, называемые гаптенами, такие, как лекарственные препараты и их метаболиты, особенно после присоединения в организме к белкам-носителям. Часть молекулы антигена, определяющую иммунную реакцию, называют антигенной детерминантой (или гаптеном). Обычно она имеет жесткую структуру и содержит ароматические аминокислоты, заряженные группы и олигосахариды. На антигене могут быть группы одного или нескольких типов, т.е. он может быть моно- и поливалентным. Антиген может иметь несколько групп каждого типа. Каждая детерминанта вызывает образование антител, которые тоже бывают моно- и поливалентными. Часть искусственных антигенов была получена синтетически и использована для изучения антигенности и образования антител (пример на Рис. 11 .1).

1.2.2.

Рис. 11.1. Строение искусственного антигена

Природные антигены

К природным антигенам относятся все белки организма, которые являются выражением генетической информации. Таким образом, сюда относятся белки биологических жидкостей, клеточных структур, и в первую очередь плазматических мембран. Примером служат групповые антигены крови (Рис. 11 .2). Все они являются производными основной структуры, называемой глобозидом (продукт гена Н). В ней есть концевой остаток галактозы, к которому могут присоединяться сахара под действием специфической гликозилтрансферазы, являющейся выражением гена, соответствующего данной группе крови. Так, ген Н контролирует синтез фукозилтрансферазы, ген IА — синтез N-галактозаминилтрансферазы, а ген IВ — синтез галактозилтрансферазы. Другие природные антигены происходят от основного комплекса гистосовместимости, который расположен на хромосоме VI. К его основным компонентам относятся гены, отвечающие за систему антигенно в лейкоцитов человека и расположенные в локусах А, В и С. Локусы А и В определяют по 15 специфичностей, а локус С — пять. Каждый локус содержит аллели, обозначенные индексом w и числовым кодом.

Рис. 11.2. Групповые антигены кровиВыражение генов А, В и С представляет собой трансмембранный гликопротеин с молекулярной массой 43000, который нековалентно связан с 2-микрогло-булином (молекулярная масса 12000), локализованным периферийно. Этот белок кодируется другим геном. Антигены лейкоцитов человека играют важную роль при трансплантации органов, и это обстоятельство положило начало изучению их с биохимической точки зрения ^ Примерами чужих антигенов служат два белка вируса гриппа, расположенные на поверхности вириона — нейраминидаза и гемагглютинин. Они проникают в организм и вызывают образование специфических антител.

1.3.Иммуноглобулины

^ Антитела к различным антигенам представляют собой довольно однородную группу белков, которые при электрофорезе при рН 8,6 образуют так называемую зону -глобулинов. Отдельные компоненты этой смеси были выделены и названы иммуноглобулинами G, А, М, D и Е, сокращенно IgG, IgA, IgM, IgD и IgE. Впоследствии обнаружили, что молекула каждого иммуноглобулина представляет собой тетрамер, образованный четырьмя полипеп-тидными цепями. Эти цепи попарно идентичны и называются легкой L- (существует в двух видах —  и ) и тяжелой Н-цепями (пять видов — , , ,  и ). Классификация иммуноглобулинов основана на типе тяжелой цепи. В зависимости от вида Н-цепь содержит разное число аминокислотных остатков (их последовательность установлена) и, следовательно, имеет различную молекулярную массу (50000-70000), а для L-цепей — 22500. Иммуноглобулины существуют в виде мономеров, димеров и тримеров (IgA) или пентамеров (IgM). Их состав, содержание в сыворотке и полупериод жизни приведены в таблице.

Табл. 11.1. Состав некоторые свойства иммуноглобулинов

Тип Состав Молекулярная масса·10–3 Содержание в сыворотке крови, г/л Полупериод жизни, сут
IgC 22

22

143–149 9–15 23
IgM 22)5

22)5

800–950 0.7–1.8 5.1
IgA 22)1–3

22)1–3

158–162 1.5–2.6 5.8
IgD 22

22

175–180 0.03 2.8
IgE 22

22

185–190 0.05 2.5

^ Химическая структура иммуноглобулинов изучена достаточно подробно (Рис. 11 .3). Легкая цепь состоит из 220 аминокислот, а тяжелая из 450-575. Анализ аминокислотной последовательности обнаружил, что некоторые участки цепей вариабельны (VL и VH), т.е. имеют разную аминокислотную последовательность, а некоторые постоянны (CL и СH 1-3). Из схемы видно, что отдельные участки цепей имеют форму внутренних петель из 60-70 остатков, соединенных дисульфидной связью. В пространстве они образуют два антипараллельных слоя со складчатой структурой. Центры связывания антигенов (по два на молекулу) расположены на участках VH и VL. Эти участки содержат так называемые гипервариабельные сегменты, которые и обеспечивают комплементарность антигену. Взаимодействие имеет скорее всего гидрофобный характер (по-видимому, с участием водородных связей), поскольку в зоне контакта преобладают гидрофобные аминокислоты. Существование большого числа иммуноглобулинов, отличающихся только последовательностью аминокислот в вариабельных участках, по-видимому, является результатом отбора при эволюции. Константная часть молекулы иммуноглобулинов (Fc) обеспечивает одинаковую судьбу комплекса после связывания со специфическими антигенами. Методом рентгеноструктурного анализа установлено, что участки VH и VLсравнительно подвижны и что стабилизация структуры происходит только после присоединения антигена.

1.3.3.

Рис. 11.3. Структура иммуноглобулинов

Образование иммуноглобулинов

На клеточном уровне

Для синтеза иммуноглобулинов необходима согласованная активность клеток трех типов — Т-лимфоцитов, В-лимфоцитов и макрофагов. Все они имеют ряд рецепторов на плазматической мебране. Клетки Т- и В-лимфоцитов содержат рецепторы иммуноглобулинов, и их специфичность различна. Кроме того, на них есть свободный рецептор для фрагмента Fc. Иммуноглобулины IgM и IgG с разными вариабельными участками VH и VL связываются В-клетками. Каждая клетка образует лишь один строго определенный тип молекул иммуноглобулина. Макрофаги имеют рецепторы для фрагмента Fc и комплемента. Считается, что антиген, попавший в организм, помечается специфическим антителом и образовавшийся комплекс присоединяется своим концом Fcк Т-клетке или макрофагу (иногда антиген прямо связывается с поверхностью Т-клетки, а лишь затем с макрофагом, но чаще он присоединяется в виде комплекса с антителом к макрофагу без участия Т-клетки). Роль макрофагов состоит в превращении антигена в иммуноген, т.е. в вещество, способное индуцировать образование антител. Механизм этого процесса и природа иммуногена пока неизвестны. После получения иммуногенного стимула от макрофага В-клетки начинают размножаться и дифференцироваться и через стадию лимфобластов превращаются в плазматические клетки, которые и служат источником иммуноглобулинов.

На субклеточном уровне

Существуют две теории, касающиеся механизма образования иммуноглобулинов. ^ предполагает, что в организме есть достаточное количество предсуществующих В-лимфоцитов,. способных обеспечить синтез большого количества иммуноглобулинов с различными участками VH и VL. Антиген связывается с лимфоцитом, рецептор которого лучше всего соответствует ему, и этот лимфоцит начинает размножаться и превращаться в плазматическую клетку. Инструктивная теория предполагает, что каждый лимфоцит независимым образом синтезирует большое количество не связанных дисульфидными мостиками L- и Н-цепей с различными участками VH и VL. S—S-связи образуются как только антиген (точнее, иммуноген) вызовет комплементарную пространственную ориентацию нужных участков тяжелых и легких цепей внутри клетки. Образование дисульфидных мостиков может катализировать тиолдисульфидтрансгидрогеназа в присутствии глутатиона. После образования тетрамера с антигеном (иммуногеном), фермент высвобождается и процесс повторяется.^

1.4.1.Преципитация и агглютинация

Взаимодействие антигена с антителом имеет ряд особенностей, связанных с валентностью антитела. Молекула антитела содержит два центра связывания и формально двухвалентна. Поэтому она может взаимодействовать с двумя детерминантами, принадлежащими двум разным молекулам антигена. Если антиген является белком, то его размеры в первом приближении такие же, как у антитела. При примерном равенстве их концентраций образуется структура с множеством внутренних контактов, растворимость уменьшается и образуется осадок. Теоретически похожая ситуация возникает в том случае, когда антигеном являются поверхностные структуры клеток. В этом случае, однако, сказывается различие размеров двух взаимодействующих компонентов. На поверхности клетки может находиться большое количество детерминант, которые связывают такое же количество антител. Если при этом происходит экранирование отрицательных зарядов на поверхности клеток, благодаря которым они отталкиваются друг от друга, то клетки начинают слипаться (агглютинировать).

Количественное описание реакции антигена с антителом

Взаимодействие антиген-антитело лучше всего прослеживается in vitro в реакции преципитации. Если в серию пробирок с возрастающей концентрацией антигена прибавить одинаковое количество антитела, то преципитация произойдет лишь в пробирках с благоприятным соотношением между антигеном и антителом, т.е. в узком диапазоне концентраций антигена. При избытке одного из компонентов осадок не образуется. Определение титра служит основой количественных исследований в иммунологии. Полезно помнить, что все лабораторные методики, связанные с образованием осадка (обычная и двойная диффузия, иммуноэлек-трофорез), следует применять при оптимальных концентрациях обоих реагирующих соединений.^ Сыворотка крови содержит группу белков с различными свойствами и размерами, образующих при последовательной ассоциации комплекс, называемый активным комплементом (С). Эта структура отвечает за уничтожение сенсибилизированных эритроцитов и грамотрицательных бактерий. Комплемент содержит 11 различных белков плазмы крови (С1–С9, причем С1 состоит из трех белков: С1q С1r и Cls). В присутствии Са2+ С1 присоединяется к антителу, образовавшему комплекс с антигеном (Аг–Ат). Прочность связи с IgM выше, чем с IgG, тогда как IgA, IgD и IgE вовсе не присоединяют комплемент. При связывании С1 появляется протеазная активность и становится возможным присоединение С4. Оно протекает так, что сначала С4 расщепляется на две части, С4а и С4b, из которых первая деградирует, а вторая образует комплекс с С1. После этого связывается компонент С2. Он также расщепляется на активный фермент С2a («конвертазу») и остаток С2b, который деградирует. Комплекс С1·С4b·С2a присоединяет компонент СЗ, после чего он также распадается на С3a (имеющий анафилаксическую функцию — способность высвобождать гистамин из гранул разнообразных клеток) и С3b. Так образуется ассоциат С1·С4b·С2а·СЗb с протеазной активностью. Входящий в его состав компонент СЗb может взаимодействовать с мембранами микробов. Такое взаимодействие, как бы коротко оно ни было, вызывает присоединение лейкоцитов и бактериальный фагоцитоз. Так же связывается С5, который распадается на анафилаксин С5а и присоединяемую часть С5b. После последовательного связывания С6 и С7 образуется комплекс МС5b,6,7 (символом М обозначена его часть, способная взаимодействовать с плазматической мембраной). По данным электронной микроскопии механизм взаимодействия представляет последовательное внедрение отдельных белков в липидые слои мембраны. Внедрение облегчается за счет ассоциации с компонентами С8 и С9. Первый из них придает клетке способность к лизису, а благодаря второму этот процесс очень ускоряется. При лизисе комплекс (МС5b-9) образует множество круглых отверстий в мембране, которые пронизывают ее насквозь и образуют каналы для входа Na+ и Са2+ и выхода К+. Это приводит к набуханию, а затем разрыву клетки.

Другой механизм лизиса клеток, основан на работе пропердиновой системы. Он функционирует даже в отсутствие антител, поэтому может быть использован тогда, когда антитела не образуются. Пропердиновая система состоит из трех частей: пропердина (Р, одного или нескольких), богатого глицином 2-гликопротена (В) и протеазы (D), которая присутствует в виде профермента. Пропердин образован несколькими субъединицами, активируемыми зимозаном (дрожжевым полисахаридом), эндотоксином (бактериальным липосахаридом) и инулином. Активированный пропердин активирует компонент СЗ комплемента, который приобретает свойства «конвертазы» (D). Фермент воздействует на фактор В, тот расщепляет СЗ на C3a и СЗb. Последний связывает С5-С9, как описано выше. Пропердиновая система, для которой не нужны антитела, по-видимому, возникла раньше комплемента и обнаружена даже у беспозвоночных.

medznate.ru


Смотрите также