Антитялото не е единственият белтък, разпознаващ антигена. Същото прави антиген-специфичният рецептор на Т-лимфоцитите. Той се нарича просто Т-клетъчен рецептор и съкратено се означава с TCR от англ. T-cell receptor. Можем да дефинираме антигена като съединение, способно да предизвика образуване на специфично антитяло или/и Т-клетъчен рецептор.
За разлика от антитялото Т-клетъчният рецептор никога не се отделя от клетката като свободна молекула. На всички етапи от имунния отговор той остава закотвен в клетъчната мембрана и функционира там. Вероятно понеже не е биологично активна съставка на серума, Т-клетъчният рецептор не се радва на широка популярност: неспециалистите не знаят нищо за него, а студентите не го обичат.
Има два типа Т-клетъчни рецептори – TCR1 и TCR2. Огромното мнозинство Т-лимфоцити (над 90%) носят TCR2. Малкото Т-лимфоцити с TCR1 се разполагат под лигавиците и кожата и вероятно участват в локалната защита на телесните повърхности. Тези клетки са все още недостатъчно изучени и явно имат второстепенна роля. В много отношения те се отличават от "конвенционалните" Т-лимфоцити, носещи TCR2. Занапред, когато говорим за Т-лимфоцити, ще имаме предвид само тези с TCR2. В отделните случаи, когато става дума за малцинството Т-клетки с TCR1, това ще бъде изрично посочвано.
Т-клетъчният рецептор е хетеродимер – състои се от две различни вериги. Двете вериги, които изграждат TCR2, се означават с алфа и бета, а тези, които изграждат TCR1 – с гама и делта. Между двете вериги на всеки рецептор (алфа и бета за TCR2 и гама и делта за TCR1) има дисулфидна връзка, която ги държи заедно. N-краят на всяка верига стърчи извън клетката, а С-краят е потопен в цитоплазмата. Като повечето повърхностни белтъци TCR е гликозилиран, но захарната му част не е интересна и няма да се спираме на нея.
Извънклетъчната част на всяка от веригите се състои от два домена, поддържани от по една вътреверижна дисулфидна връзка. По структура те донякъде напомнят домените на имуноглобулиновите вериги. Доменът, разположен по-близо до клетъчната мембрана, е константен. Другият (N-крайният) домен, до който има лесен достъп откъм външната среда, е вариабилен – има различен строеж според това какъв антиген разпознава даденият Т-лимфоцит. Двата вариабилни домена на всеки рецептор образуват неговия антиген-свързващ център. Вътре във вариабилния домен има (като при имуноглобулините) хипервариабилни области и именно те осъществяват разпознаването.
Сравнявайки Т-клетъчните рецептори с имуноглобулините, виждаме, че и двата белтъка се състоят от два вида вериги, които обединяват своите вариабилни части, за да изградят антиген-свързващия център. Т-клетъчният рецептор обаче е едновалентен и доста малък – отговаря на един имуноглобулинов Fab-фрагмент. Знаем, че голямата константна част на имуноглобулините осъществява техните адапторни функции. Логично е Т-клетъчният рецептор, който не се отделя извън клетката и не е натоварен с такива функции, да има малка константна част.
Структурната прилика между имуноглобулините и Т-клетъчния рецептор отразява еволюционна хомология. Гените им са произлезли от общ ген-предшественик чрез дупликация и дивергенция. Заедно с други родствени гени те се обединяват в т. нар. имуноглобулиново надсемейство. По-нататък ще се запознаем с още негови членове.
До Т-клетъчния рецептор в мембраната се разполага комплекс от няколко полипептидни вериги, означаван като CD3. Когато Т-клетъчният рецептор свърже антиген, CD3 сигнализира за това събитие към вътрешността на клетката. Поради тази тясна функционална връзка CD3 често се описва като част от самия Т-клетъчен рецептор. Но понеже CD3 не участва в разпознаването на антигена и има еднакъв строеж при всички Т-клетки, тук под "Т-клетъчен рецептор" ще имаме предвид само TCR2 или (в редки случаи) TCR1.
По-нататък ще видим, че и други повърхностни белтъци в имунната система се означават с CD и номер. Те първоначално са идентифицирани чрез моноклонални антитела, които ги разпознават. Постепенно се установява, че един и същ повърхностен белтък се разпознава от цяла група (англ. cluster) моноклонални антитела. Такъв белтък се означава с CD и получава номер, свързан с хронологията на откриването му. Макар че CD е едно от най-важните съкращения в имунологията, то няма единно тълкуване и може да се срещне като "cluster designation" (групово означение), "cluster of differentiation" (диференциационна група) или "cluster determinant" (групова детерминанта). Името "cluster of differentiation" идва оттам, че CD-антигените се появяват върху клетката на определен етап от нейното диференциране. На български можем да ги наричаме "диференцировъчни антигени" (Сарафян, 2002). CD-белтъците се наричат още повърхностни маркери, понеже по тях разпознаваме морфологично сходни групи клетки. Например Т-лимфоцитите могат да се разграничат от В-лимфоцитите по това, че експресират CD3.
2. Главен комплекс за тъканна съвместимост (МНС)
Функцията на Т-клетъчния рецептор е да разпознава и свързва антигена. Този процес обаче не е прост и праволинеен като реакцията антиген – антитяло. Ранните изследователи на клетъчния имунитет са били озадачени от факта, че Т-лимфоцитите, които очевидно са антиген-специфични, не взаимодействат с антигена in vitro. Нужни са били дългогодишни експерименти, за да се изясни какво "вижда" Т-лимфоцитът. Преди да се върнем към този въпрос, трябва да се запознаем с друга група белтъци от клетъчната повърхност – молекулите от т. нар. главен комплекс за тъканна съвместимост.
В началото на ХХ век изследователи-онколози правят опити с пренасяне на тумори. Те вземат ракови клетки от една мишка, инжектират ги в друга и следят дали тя също ще развие тумор. Оказва се, че пренасянето е успешно, ако двете мишки са от една и съща инбредна (чиста) линия. Ако са от различни линии, туморът в някои случаи се прихваща, а в други – не. Дали дадена линия мишки е възприемчива или устойчива към определен тумор, че зависи от няколко гена. Някои учени тогава предполагат, че тези гени определят податливостта на организма към определени типове рак. Други смятат, че въпросните гени регулират имунния отговор и че имунната система на устойчивите мишки успешно реагира срещу тумор-специфични антигени. Възниква обаче въпросът защо се проваля имунната система на възприемчивите мишки, които иначе не страдат от имунна недостатъчност. През 1933 генетикът Холдейн (Haldane) предлага отговор: отхвърлянето на тумора наистина е имунно явление, но имунният отговор не е срещу тумор-специфични антигени, а срещу нормални тъканни белтъци, специфични за една или друга линия мишки. И наистина се оказва, че една линия мишки отхвърля тумори от друга тогава и само тогава, когато отхвърля и присадени нормални тъкани от същата линия. Гените, от които зависи приемането или отхвърлянето на присадката, се наричат гени за тъканна съвместимост, а кодираните от тях белтъци – антигени за тъканна съвместимост.
През следващите години тъканната съвместимост се изследва усилено с оглед на възможността да се присаждат органи при хора. Гените за тъканна съвместимост се картират на различни места в различни хромозоми, но най-важните от тях се оказват сближени в един сложен локус. Тези най-важни гени, както и кодираните от тях антигени, се обединяват под името главен комплекс за тъканна съвместимост, съкр. МНС от англ. major histocompatibility complex. Антигените от МНС са мембранни гликопротеини, разположени на добре видимо за имунната система място – на клетъчната повърхност.
Освен общото за всички видове означение МНС комплексът има и специфични означения за добре изучените видове. Човешкият МНС се нарича HLA, съкр. от англ. human leukocyte antigens – антигени на човешките левкоцити. Мишият МНС се нарича Н-2, където Н е съкр. от histocompatibility – тъканна съвместимост. Исторически утвърдилото се име "главен комплекс за тъканна съвместимост" не е много подходящо, защото не отразява функцията на тези белтъци в организма. Разбира се, те не са се появили и еволюирали, за да могат един ден да пречат на хирурзите да присаждат органи. Функциите на комплекса обаче са били изяснени доста късно и не е имало смисъл да се сменя вече утвърденото му име.
Когато споменахме, че МНС-гените образуват един сложен локус, нямахме предвид, че те имат общ промотор или съставят една група на комплементация. Всъщност всеки от над 10-те МНС-гена има свой отделен локус, свой промотор и терминатор и кодира свой продукт. Често обаче се говори за общ МНС-локус, защото отделните гени не само са събрани върху малък участък от хромозомата, а и в рамките на този участък рекомбинацията до известна степен е потисната. Сравнително рядко се случва кросинговър да "развали" съществуващото върху хромозомата съчетание от алели и да създаде ново. Обикновено наборът конкретни алели на МНС-гени върху хромозомата, наречен хаплотип, оцелява при мейозата и се предава на следващото поколение непроменен.
Повечето гени от МНС имат десетки нормални алели – полиморфизъм, далеч надхвърлящ обичайното за средностатистически ген. Класическият пример за множествен алелизъм е генът I (АВ0), отговорен за кръвните групи от системата АВ0 и включващ само 3 основни алела. По-късно ще видим защо МНС е толкова разнообразен.
При човека МНС (HLA) се намира в 6. хромозома. Известна представа за подреждането на отделните локуси дава долната таблица.
Вижда се, че гените от МНС (и техните продукти) се групират в три класа. Всъщност само І и ІІ клас кодират мембранните антигени на тъканната съвместимост. Гените от т. нар. ІІІ клас кодират съставки на комплемента, които са разтворими и нямат нищо общо с тъканната съвместимост. Единствената причина тези серумни белтъци да се причисляват към МНС е, че гените им са между гените за І и ІІ клас.
Сега ще разгледаме по-подробно І и ІІ клас и ще направим сравнение помежду им. И двата класа спадат към имуноглобулиновото надсемейство. Антигени от І клас притежават всички ядреносни клетки с едно важно изключение – трофобласта на плацентата. Антигените от ІІ клас са с по-ограничена експресия: върху някои клетки от имунната система, най-вече мононуклеарните фагоцити и В-лимфоцитите.
Както І, така и ІІ клас са хетеродимери, т.е. комплекси от две различни вериги. Антигените от І клас се състоят от алфа-верига, включваща три извънклетъчни домена, и нековалентно свързана с нея по-малка верига от един домен, наречена бета2-микроглобулин. Алфа-веригата е закотвена в мембраната и се кодира от гените от І клас. Бета2-микроглобулинът не е закотвен в мембраната. Той е нужен, за да подпре алфа-веригата и тя да заеме правилна конформация. Всъщност бета2-микроглобулинът е само почетен член на МНС, защото се кодира от един-единствен ген с един основен алел, който дори не е в МНС-локуса, а на друго място в генома (при човека в 15. хромозома).
От трите извънклетъчни домена на алфа-веригата най-близкият до мембраната контактува с бета2-микроглобулина, а другите два са удобни за достъп откъм външната среда. При пространственото нагъване между тези два домена се образува характерен жлеб. При опитите да се пречистят антигените от І клас на изследователите е направило впечатление, че някакви пептиди, по състав нямащи нищо общо с І клас, упорито замърсяват препарата. Оказало се е, че жлебът на алфа-веригата е нагоден да вмести пептид, дълъг 8-10 аминокиселини, и да се свърже с него доста здраво, макар и нековалентно. Всъщност белтъците от І клас заемат правилната си пространствена структура едва след като се сдобият с такъв пептид и я губят, ако пептидът бъде откъснат. Нормално алфа-веригата се комплектова с пептид още преди да се изнесе на клетъчната повърхност.
Антигените от ІІ клас се състоят от две вериги, означавани с алфа и бета. В горната таблица за прегледност не е посочено, че всеки от "локусите" за ІІ клас – при човека HLA-DP, DQ и DR, всъщност включва два локуса съответно за алфа- и бета-веригата. И двете вериги са закотвени в мембраната и имат по два извънклетъчни домена. Двата по-отдалечени от клетъчната повърхност домени от двете вериги контактуват помежду си и образуват жлеб, аналогично на двата най-външни домена на І клас МНС. В този жлеб също се разполага пептид. Той е малко по-дълъг, отколкото при І клас МНС – състои се от 16-20 аминокиселини. Както и при І клас МНС, пептидът е нужен за правилната конформация на ІІ клас МНС и се присъединява към тях още преди те да достигнат клетъчната мембрана.
3. Т-лимфоцитни епитопи и тяхното разпознаване
Докато антигенните детерминанти (епитопите), разпознавани от В-лимфоцитите, имат най-различна химична природа, Т-лимфоцитите разпознават изключително белтъчни антигени.
Както се спомена по-горе, ранните изследователи срещат трудности, когато изучават взаимодействието на Т-лимфоцитите с антигена. Ако към пречистени Т-лимфоцити, специфични за определен антиген, се добави съответният антиген, те няма да го свържат. С други думи, Т-лимфоцитите за разлика от В-лимфоцитите не разпознават нативния антиген.
Оказва се, че за да видят Т-лимфоцитите антигена, той трябва да им бъде показан от други клетки, които наричаме антиген-представящи. Те разполагат на повърхността си антигена, но не нативен, а преработен чрез непълна протеолиза, защото само така Т-лимфоцитите го възприемат.
Това обаче не е цялата история. Антиген-представящи могат да бъдат само клетки, които експресират МНС. Нещо повече, за да разпознае Т-лимфоцитът антигена, трябва антиген-представящата клетка да има същото МНС като самия Т-лимфоцит. Това явление е наречено МНС-рестрикция (от лат. restrictio – ограничение). То се обяснява с предположението, че Т-лимфоцитите по някаква причина могат да разпознаят антигена само ако едновременно с него разпознаят и собствените МНС-молекули.
В крайна сметка разпознаването на антиген + MHC от Т-лимфоцитите се изяснява. Няма да се спираме на многобройните опити, с които се постига това, а ще дадем направо изводите. Антигени за Т-лимфоцитите са пептидите, които се намират в жлеба на МНС-молекулите. Клетката, изкарала на повърхността си МНС заедно с пептида, става антиген-представяща клетка за Т-лимфоцита. Т-клетъчният рецептор разпознава собствения МНС-антиген и свързания с него пептиден антиген като едно цяло:
Сравнени с В-лимфоцитните епитопи, Т-лимфоцитните епитопи са доста еднообразни. Всички те са с белтъчна природа и са секвентни. Това се налага от необходимостта да се вместят в жлеба на МНС, нагоден за пептиди с определена дължина. В следващите раздели, когато разглеждаме функцията на Т-лимфоцитите, ще изясним защо за тях е изгодно да разпознават антигените си по толкова сложен начин.
Описаният механизъм е валиден за преобладаващото мнозинство Т-лимфоцити, които имат TCR2. Антигенното разпознаване при Т-лимфоцитите с TCR1 още се изследва, но изглежда, че поне някои от тях не се подчиняват на МНС-рестрикция и могат да разпознават нативен антиген като В-лимфоцитите.
Поредната гавра с българската природа - ...
Качанови НЕ са бедни! kevork_k Акценти...
29.07.2011 07:21
22.10.2012 20:27
05.11.2012 18:33
