Характеристика отдельных классов иммуноглобулинов

История изучения

Антитела были открыты в 1890 г., когда Э. Беринг (E. Behring) и С. Китасато (C. Kitasato) установили, что сыворотки кроликов, которым вводили дифтерийный токсин, приобретали способность нейтрализовать этот токсин и оказывать лечебное действие при дифтерийной инфекции.

Иммуноглобулины как разновидность белков были первоначально выявлены методом электрофореза во фракциях сывороточных γ- и β-глобулинов [А. Тизелиус (A. Tiselius), 1937]. Позже они были очищены методами хроматографии и подвергнуты структурному изучению с помощью ограниченного протеолиза [Р. Поттер (R. Potter)] и восстановления дисульфидных связей [Дж. Эдельман (G. Edelman)]. Большой вклад в изучение антител внесли исследования гомогенных опухолевых (миеломных) иммуноглобулинов

[С. Мильштейн (C. Milstein)], которые в конечном счете привели к созданию гибридомной технологии [Г. Кехлер (G. Kohler), С. Мильштейн, 1975], позволившей получать моноклональные антитела заданной специфичности. При помощи гибридом можно получать моноклональные антитела необходимой специфичности. Наконец, в конце 1970-х годов С. Тонегава (S. Tonegawa) открыл молекулярные основы формирования разнообразия антигенраспознающей способности антител и описал явление соматической перестройки иммуноглобулиновых генов.

 

Антитела (иммуноглобулины, Ig) по своей химической структуре относятся к гликопротеинам, помимо собственно полипептидной цепи содержат олигосахаридные фрагменты.

Некоторые молекулы иммуноглобулинов находятся на поверхности В-лимфоцитов и функционируют как антигенспецифичные рецепторы. Другие антитела присутствуют как свободные молекулы в плазме крови и тканевой жидкости.

Синтез антител осуществляют В-клетки после контакта с антигеном и созревания В-клеток в плазматические клетки.

 

Функции антител

Иммуноглобулины бифункциональны. Это означает, что иммуноглобулин любого типа:

- распознает и связывает антиген, а затем

- усиливает киллинг и/или удаление иммунных комплексов, сформированных в результате активации эффекторных механизмов.

 

Роль АТ в формировании приобретенного постинфекционного и поствакцинального иммунитета.

АТ имеют важное значение в формировании приобретенного постинфекционного и поствакцинального иммунитета:

1. Связываясь с токсинами, АТ нейтрализуют их, обеспечивая антитоксический иммунитет.

2. Блокируя рецепторы вирусов, АТ препятствуют адсорбции вирусов на клетках, участвуют в противовирусном иммунитете.

3. Комплекс АГ-АТ запускает классический путь активации комплемента с его эффекторными функциями (лизис бактерий, опсонизация, воспаление, стимуляция макрофагов).

4. АТ принимают участие в опсонизации бактерий, способствуя более эффективному фагоцитозу.

5. АТ способствуют выведению из организма (с мочой, желчью) растворимых АГ в виде ЦИК.

 

Строение иммуноглобулинов

 

Общий план строения иммуноглобулинов:

1) Fab;

2) Fc;

3) тяжелая цепь;

4) легкая цепь;

5) антиген-связывающийся участок;

6) шарнирный участок

 

Растворимые антитела и мембранные иммуноглобулиновые рецепторы различаются только строением своей С-концевой части.

Молекулы иммуноглобулинов состоят из двух типов полипептидных цепей — тяжелых

(H — heavy) и легких (L — light). Так называемый мономерный иммуноглобулин содержит две Н- и две L-цепи, расположенные симметрично и соединенные дисульфидными связями. Единственная дисульфидная связь, соединяющая Н- и L-цепи, локализуется недалеко от С-конца легкой цепи. Н-цепи скрепляются различным числом дисульфидных связей, о чем будет сказано ниже. Молекулу иммуноглобулина можно разрушить до отдельных полипептидных цепей восстановлением дисульфидных связей дитиотреитолом или меркаптопурином. Легкие цепи содержат 2, а тяжелые — 4–5 гомологичных сегмента — домена. Эти сегменты образованы примерно 110 аминокислотными остатками и имеют сходную пространственную организацию, стабилизированную одной дисульфидной связью, но различные функции. Молекулярная масса L-цепей — 50–60 кДа, Н-цепей — 100–120 кДа, мономера иммуноглобулина — 150–170 кДа.

Во всех цепях N-концевой домен участвует в распознавании антигена. Главную роль при этом играет пространственное соответствие, или комплементарность, антигенраспознающей части молекулы иммуноглобулина с распознаваемым эпитопом. Специфичность иммуноглобулинов определяется первичной структурой антигенраспознающих доменов, называемых вариабельными, или V-доменами (от variable). V-домены тяжелых и легких цепей (VH и VL) участвуют в формировании антигенсвязывающего участка, или активного центра антител.

Структура остальных доменов молекулы иммуноглобулина постоянна. Поэтому их называют константными, или С-доменами (от constant). В состав L-цепи входит 1 С-домен (СL), Н-цепей — 3 или 4 С-домена (CH1, CH2 и т.д.).

С-домены определяют эффекторные функции иммуноглобулинов, не связанные с распознаванием антигена, а предназначенные для взаимодействия с рецепторами клеток, активации комплемента и т.д., что необходимо для реализации эффекторных функций антител.

Протеазы расщепляют молекулы иммуноглобулинов на фрагменты, при этом под воздействием разных протеаз можно получить различные продукты. Так, папаин расщепляет молекулы иммуноглобулинов на 2 типа фрагментов — Fab (Fragment antigen binding) и Fc (Fragment cristallizable).

 

          

 

 

Из молекулы выщепляется два Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент. Как следует из названия, Fab-фрагмент сохраняет способность связывать антиген, поскольку содержит активный центр антител (V-домены обеих цепей, CL- и CH1-домены). Fc-фрагмент включает остальные СH-домены, скрепленные дисульфидными связями. Название Fc-фрагмента определило обозначение рецепторов, распознающих «хвостовую» часть антител — Fc-рецепторы. 

Другой протеолитический фермент — пепсин — расщепляет молекулу ближе к С-концу Н-цепей, чем папаин, — «ниже» дисульфидных связей, скрепляющих Н-цепи. В результате при действии пепсина образуется двухвалентный антигенсвязывающий F(ab’)2-фрагмент и укороченный Fc’-фрагмент.

 

 

 

Выделяют два типа L-цепей — κ и λ, различающиеся строением CL-домена. Строение СН-доменов обусловливает разделение Н-цепей и молекул иммуноглобулинов на изотипы, или классы, первоначально идентифицированные серологически (т.е. с помощью сывороточных антител к различным изотипам). Выделяют 5 основных изотипов Н-цепей — μ, γ, α, δ и ε.

Каждая молекула иммуноглобулина может содержать Н-цепи только одного изотипа. В зависимости от структуры Н-цепей выделяют 5 классов молекул иммуноглобулинов — IgM, IgG, IgA, IgD и IgE (латинские буквы в названии иммуноглоублинов соответствуют греческим в обозначении изотипов Н-цепей). Иммуноглобулины классов IgG и IgA разделяют на подклассы (субтипы), также в зависимости от особенностей Н-цепей.

У человека выделяют 4 подкласса IgG — IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 и 2 подкласса IgA — IgA1 и IgA2. Н-цепи этих подклассов иммуноглобулинов обозначают соответствующими греческими буквами с цифрой (γ1, γ2, γ3, γ4, α1, α2). Иммуноглобулины всех классов могут принадлежать к К- и L-типам в зависимости от присутствия в их составе

L-цепей κ- или λ-типов соответственно. У человека соотношение K- и L-типов составляет 3:2.

Активные центры образованы первыми доменами V-областей тяжелой и легкой цепи.

Активный центр имеет характерную пространственную конфигурацию, определенное распределение положительных и отрицательных зарядов, гидрофобных и гидрофильных остатков аминокислот на своей поверхности. От этого зависит его способность специфически связываться с конкретным эпитопом, имеющим комплементарную структуру. Взаимодействие эпитопа с активным центром идет по принципу «ключ – замок». Эпитоп удерживается в активном центре за счет всех типов нековалентных связей (водородные связи, гидрофобные и электростатические взаимодействия, ван-дер-ваальсовы силы взаимного притяжения). Силу химической связи одного антигенного эпитопа с одним из активных центров молекулы иммуноглобулина называют аффинностью связи антитела с антигеном. Аффинность количественно принято оценивать по константе диссоциации одного антигенного эпитопа с одним активным центром в моль"1.

Силу связи цельной молекулы антитела со всеми, которые ей удалось связать антигенными эпитопами, называют авидностью связи антитела с антигеном. Авидность количественно также измеряют как константу диссоциации соответственно цельной молекулы антитела со всеми связанными эпитопами. Например, IgM высокоавидны, но низкоаффинны; IgG – наоборот, низкоавидны и высокоаффинны.

Отражением структурного разнообразия антигенсвязывающего участка иммуноглобулинов-антител является их идиотипическое разнообразие. Если рассматривать антитела как молекулы с антигенными свойствами, то естественно предположить, что антигенная специфичность их вариабельных участков будет практически уникальна. Антигенные детерминанты — эпитопы, локализующиеся в вариабельных зонах иммуноглобулинов, назы вают идиотопами, а соответствующие антигенные варианты иммуноглобулинов — идиотипами. Общие идиотипы характерны для антител к распространенным антигенам.

Частные идиотипы служат уникальными маркерами антител. Активные центры антител к некоторым идиотипам по крайней мере частично воспроизводят пространственную структуру антигена, против которого направлены антитела, несущие этот идиотип. Такие антиидиотипические активные центры обозначают как внутренний образ антигена. Однако полное совпадение пространственной структуры антиидиотипа и антигена невозможно, поскольку антигенный эпитоп практически всегда имеет выпуклую форму,

а активный центр антител — вогнутую. Антиидиотипические антитела играют важную роль в регуляции гуморального иммунного ответа.

 

Основные биологические характеристики антител:

1. Специфичность – это способность взаимодействовать с определенным (своим) антигеном (соответствие эпитопа АГ и активного центра АТ).

2. Валентность – это количество способных реагировать с АГ активных центров (связано с молекулярной организацией – моно- или полимер). Иммуноглобулина могут быть двухвалентными (IgG) или поливалентными (IgM имеет 10 активных центров). Двух- и более валентные АТ называют полными АТ. Неполные АТ имеют только один участвующий во взаимодействии с АГ активный центр (блокирующий эффект на иммунологически реакции, например, на агглютинационные тесты). Их выявляют антиглобулиновой пробой Кумбса, реакцией угнетения связывания комплемента.

3. Афинность - сила химической связи одного антигенного эпитопа с одним из активных центров молекулы иммуноглобулина.

4. Авидность - сила связи цельной молекулы антитела со всеми, которые ей удалось связать антигенными эпитопами.

5. Гетерогенность (вариабельность) – обусловлена антигенными свойствами АТ. Все разнообразие антител проистекает из вариабельности как тяжёлых цепей, так и лёгких цепей. У антител, вырабатываемых тем или иным организмом в ответ на те или иные антигены, выделяют:

Изотипическая вариабельность — проявляется в наличии классов антител (изотипов), различающихся по строению тяжёлых цепей и олигомерностью, вырабатываемых всеми организмами данного вида;

Аллотипическая вариабельность — проявляется на индивидуальном уровне в пределах данного вида в виде вариабельности аллелей иммуноглобулинов — является генетически детерминированным отличием данного организма от другого;

Идиотипическая вариабельность — проявляется в различии аминокислотного состава антиген-связывающего участка. Это касается вариабельных и гипервариабельных доменов тяжёлой и лёгкой цепей, непосредственно контактирующих с антигеном.

 

Классификация антител

 

1. По валентности бывают:

- полные АТ;

- неполные АТ.

 

2. По антигенам различают:

- антиинфекционные или антипаразитарные антитела, вызывающие непосредственную гибель или нарушение жизнедеятельности возбудителя инфекции либо паразита

- антитоксические антитела, не вызывающие гибели самого возбудителя или паразита, но обезвреживающие вырабатываемые им токсины.

- так называемые «антитела-свидетели заболевания», наличие которых в организме сигнализирует о знакомстве иммунной системы с данным возбудителем в прошлом или о текущем инфицировании этим возбудителем, но которые не играют существенной роли в борьбе организма с возбудителем (не обезвреживают ни самого возбудителя, ни его токсины, а связываются со второстепенными белками возбудителя).

- аутоагрессивные антитела, или аутологичные антитела, аутоантитела — антитела, вызывающие разрушение или повреждение нормальных, здоровых тканей самого организма хозяина и запускающие механизм развития аутоиммунных заболеваний.

- аллореактивные антитела, или гомологичные антитела, аллоантитела — антитела против антигенов тканей или клеток других организмов того же биологического вида. Аллоантитела играют важную роль в процессах отторжения аллотрансплантантов, например, при пересадке почки, печени, костного мозга, и в реакциях на переливание несовместимой крови.

- гетерологичные антитела, или изоантитела — антитела против антигенов тканей или клеток организмов других биологических видов. Изоантитела являются причиной невозможности осуществления ксенотрансплантации даже между эволюционно близкими видами (например, невозможна пересадка печени шимпанзе человеку) или видами, имеющими близкие иммунологические и антигенные характеристики (невозможна пересадка органов свиньи человеку).

- антиидиотипические антитела — антитела против антител, вырабатываемых самим же организмом. Причём это антитела не «вообще» против молекулы данного антитела, а именно против рабочего, «распознающего» участка антитела, так называемого идиотипа. Антиидиотипические антитела играют важную роль в связывании и обезвреживании избытка антител, в иммунной регуляции выработки антител. Кроме того, антиидиотипическое «антитело против антитела» зеркально повторяет пространственную конфигурацию исходного антигена, против которого было выработано исходное антитело. И тем самым антиидиотипическое антитело служит для организма фактором иммунологической памяти, аналогом исходного антигена, который остаётся в организме и после уничтожения исходных антигенов. В свою очередь, против антиидиотипических антител могут вырабатываться анти-антиидиотипические антитела и т. д.

 

 

3. По формам существования:

- растворимые;

- мембранные (в составе В-клеточного рецептора).

 

4. По размерам молекулы:

- мономер;

- димер;

- пентамер и т.д.

 

5. По специфичности связывания антигена:

- поликлональные антитела: если антиген поливалентен (например, белок), то в сыворотке крови образуются антитела, обладающие разной специфичностью связывания антигена. Поликлональные антитела гетерогенны как по структуре антигенсвязывающего центра, так и по физико-химическим свойствам.

- моноклональные антитела: антитела с одной специфичностью связывания, продуцируемые одним клоном лимфоцитов. Клон – это потомство одной клетки. Биотехнология получения моноклональных АТ называется гибридомой. Гибридома – гибридная клеточная линия, полученная в результате слияния клеток двух видов: способных к образованию антител B-лимфоцитов, полученных из селезёнки иммунизированного животного (чаще всего мыши), и раковых клеток миеломы.

 

6. Классы иммуноглобулинов:

- IgG

- IgM

- IgA

- IgD

- IgE

 

Характеристика отдельных классов иммуноглобулинов

 

 

а — IgG; б — IgD; в — IgE; г — IgM; д — IgA.

 

IgG является основным иммуноглобулином сыворотки здорового человека (составляет 70-75 % всей фракции иммуноглобулинов), наиболее активен во вторичном иммунном ответе и антитоксическом иммунитете. Благодаря малым размерам является единственной фракцией иммуноглобулинов, способной к транспорту через плацентарный барьер и тем самым обеспечивающей иммунитет плода и новорожденного. В составе IgG 2-3 % углеводов; два антигенсвязывающих Fab-фрагмента и один Fс-фрагмент. Fab-фрагмент (50-52 кДа) состоит из целой L-цепи и N-концевой половины H-цепи, соединённых между собой дисульфидной связью, тогда как Fс-фрагмент (48 кДа) образован C-концевыми половинами H-цепей. Всего в молекуле IgG 12 доменов (участки, сформированные из β-структуры и α-спиралей полипептидных цепей Ig в виде неупорядоченных образований, связанных между собой дисульфидными мостиками аминокислотных остатков внутри каждой цепи): по 4 на тяжёлых и по 2 на лёгких цепях.

IgG-антитела, на долю которых приходится основная часть антител на поздних этапах первичного и при вторичном иммунном ответе, обладают рядом преимуществ перед IgM-антителами. В то же время субклассы IgG различаются по эффекторным свойствам. Так, IgG1 и IgG3 весьма эффективны в привлечении фагоцитов и киллерных клеток (эти иммуноглобулины распознаются Fcγ-рецепторами различных типов), а также в активации комплемента. IgG1 составляют более половины всех антител, образующихся при иммунном ответе. Защитная активность IgG2- и IgG4-антител выражена незначительно в связи со слабым взаимодействием с Fcγ- и рецепторами комплемента. Их роль состоит преимущественно в прямой нейтрализации патогенов. IgG2-антитела чаще всего специфичны к углеводным детерминантам.

 

IgM представляют собой пентамер основной четырехцепочечной единицы, содержащей две μ-цепи. При этом каждый пентамер содержит одну копию полипептида с J-цепью

(20 кДа), который синтезируется антителообразующей клеткой и ковалентно связывается между двумя соседними Fс-фрагментами иммуноглобулина. Появляются при первичном иммунном ответе B-лимфоцитами на неизвестный антиген, составляют до 10 % фракции иммуноглобулинов. Являются наиболее крупными иммуноглобулинами (970 кДа). Содержат 10-12 % углеводов. Образование IgM происходит ещё в пре-B-лимфоцитах, в которых первично синтезируются из μ-цепи; синтез лёгких цепей в пре-B-клетках обеспечивает их связывание с μ-цепями, в результате образуются функционально активные IgM, которые встраиваются в поверхностные структуры плазматической мембраны, выполняя роль антиген распознающего рецептора; с этого момента клетки пре-B-лимфоцитов становятся зрелыми и способны участвовать в иммунном ответе.

Поскольку первыми экспрессируются μ-цепи, в ходе иммунного ответа ранее других начинает секретироваться IgM. Большинство антител при первичном иммунном ответе принадлежит к IgM-классу. IgM-антитела обладают высокой способностью связывать комплемент, агглютинировать и лизировать клетки-мишени. В то же время они обладают относительно низким сродством к антигену, причем оно не возрастает в процессе иммунного ответа (отсутствует созревание аффинитета). Недостаточная функциональная эффективность IgM-антител обусловлена также отсутствием на эффекторных клетках иммунной системы рецепторов для Fc-части молекулы IgM. Тем не менее роль IgМ-антител в экстренной защите организма на ранних этапах иммунного ответа достаточно велика.

 

IgA: сывороточный IgA составляет 15-20 % всей фракции иммуноглобулинов, при этом

80 % молекул IgA представлено в мономерной форме у человека. Различают 2 субкласса IgA — IgA1 и IgA2.Секреторный IgA представлен в димерной форме в комплексе с секреторным компонентом, содержится в серозно-слизистых секретах (например в слюне, слезах, молозиве, молоке, отделяемом слизистой оболочки мочеполовой и респираторной системы). Содержит 10-12 % углеводов, молекулярная масса 500 кДа. Еще одна цепь — секреторный компонент (SC) - с молекулярной массой — 60 кДа (β - глобулин). Традиционно роль секреторного компонента связывают с защитой молекулы IgA от действия протеаз, содержащихся в высоких концентрациях в пищеварительных и иных секретах. В настоящее время появились данные, свидетельствующие о более разнообразных функциях этого компонента. Секреторный компонент участвует в транспортировке молекулы IgA через эпителиальный пласт в слизистых оболочках.

 

IgD составляет менее одного процента фракции иммуноглобулинов плазмы, содержится в основном на мембране некоторых В-лимфоцитов. Функции до конца не выяснены, предположительно является антигенным рецептором с высоким содержанием связанных с белком углеводов для В-лимфоцитов, еще не представлявшихся антигену. Молекулярная масса 175 кДа. Мономер. Уровень IgD повышается при миеломной болезни и хронических воспалительных заболеваниях.

 

IgE в свободном виде в плазме почти отсутствует. IgE является минорным компонентом сывороточным иммуноглобулином, он обладает значительной активностью в защите от паразитов. IgE играет ключевую роль при аллергии немедленного типа. Механизм действия IgE проявляется через связывание с высоким сродством (10−10М) с поверхностными структурами базофилов и тучных клеток, с последующим присоединением к ним антигена, вызывая дегрануляцию и выброс в кровь высоко активных аминов (гистамина и серотонина — медиаторов воспаления). Молекулярная масса 200 кДа. Мономер.

 

 

Свойство	IgM	IgG	IgA	IgD	IgE
Молекулярная масса, кДа	950	150; IgG3 — 165	150; димер — 300	185	190
Число мономеров	5	1	1 или 2	1	1
Валентность	5	2	2 или 4	2	2
Изотип Н-цепи	μ	γ	α	δ	ε
Число С-доменов в Н-цепи	5	4	4	4	5
Число S-S связей между Н-цепями	4	3–12	4 или 5	1	3
Содержание углеводов, %	12	3	8	13	12
Содержание в сыворотке, мг/мл	1-2	10–12	1-2	0,03	0,00002– 0,0005
Срок полужизни, сут	5–10	23; IgG3 — 7	6	3	2
Скорость синтеза, мг/кг в сутки	7,9	34	66	0,4	0,0016
Активация комплемента	Классичес- кий путь	Классический путь (кроме IgG4)	----	----	----
Клетки, связы- вающие имму- ноглобулин через FcR	----	Макрофаги/ моноциты, нейтрофилы	Макрофаги/ моноциты, нейтрофилы (слабо)	----	Тучные клетки, базофилы
Функции	Мембранный рецептор. Первичный иммунный ответ	Вторичный иммунный ответ; защита от бактерий и вирусов	Преоблада- ющий класс в секретах слизистых оболочек	Мембранный рецептор	Реагины; защита от паразитов

 

---

Дата добавления: 2023-01-08; просмотров: 39; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!