Антигенни детерминанти (епитопи). Учението за имунитета

Какво представляват антигените

Това са всички вещества, съдържащи се в (или секретирани от) микроорганизми и други клетки, които носят признаци на генетично чужда информация и които потенциално могат да бъдат разпознати от имунната система на тялото. Когато бъдат въведени във вътрешната среда на тялото, тези генетично чужди вещества са способни да предизвикат имунен отговор от различен тип.

Всеки микроорганизъм, колкото и примитивен да е, съдържа няколко антигена. Колкото по-сложна е структурата му, толкова повече антигени могат да бъдат намерени в състава му.

Различни елементи на микроорганизма имат антигенни свойства - флагела, капсула, клетъчна стена, цитоплазмена мембрана, рибозоми и други компоненти на цитоплазмата, както и различни протеинови продукти, отделяни от бактерии във външната среда, включително токсини и ензими.

Различават се екзогенни антигени (попадащи в организма отвън) и ендогенни антигени (автоантигени – продукти на собствените клетки на организма), както и антигени, предизвикващи алергични реакции – алергени.

Какво представляват антителата

Тялото непрекъснато се сблъсква с различни антигени. Атакува се както отвън – от вируси и бактерии, така и отвътре – от телесни клетки, които придобиват антигенни свойства.

- серумни протеини, които се произвеждат от плазмените клетки в отговор на проникването на антиген в тялото. Антителата се произвеждат от клетките на лимфоидните органи и циркулират в кръвната плазма, лимфата и други телесни течности.

Основната важна роля на антителата е да разпознават и свързват чужд материал (антиген), както и да задействат механизма за унищожаване на този чужд материал. Основно и уникално свойство на антителата е тяхната способност да свързват антигена директно във формата, в която влиза в тялото.

Антителата имат способността да разграничават един антиген от друг. Те са способни на специфично взаимодействие с антиген, но взаимодействат само с антигена (с редки изключения), който е предизвикал тяхното образуване и ги вписва в пространствена структура. Тази способност на антитялото се нарича взаимно допълване.

Все още не съществува пълно разбиране на молекулярния механизъм на образуване на антитела. Молекулярните и генетичните механизми, лежащи в основата на разпознаването на милиони различни антигени, открити в околната среда, не са проучени.

Антитела и имуноглобулини

В края на 30-те години на 20 век започва изследването на молекулярната природа на антителата. Един от методите за изследване на молекулите е електрофорезата, която е въведена в практиката през същите години. Електрофорезата позволява протеините да бъдат разделени въз основа на техния електрически заряд и молекулно тегло. Електрофорезата на серумния протеин обикновено произвежда 5 основни ивици, които съответстват (от + до -) на фракциите на албумина, алфа1, алфа2, бета и гама глобулина.

През 1939 г. шведският химик Арне Тиселиус и американският имунохимик Алвин Кабат използват електрофореза за фракциониране на кръвния серум на имунизирани животни. Учените са показали, че антителата се съдържат в определена част от серумните протеини. А именно, антителата се отнасят главно до гама глобулини. Тъй като някои попадат и в областта на бета-глобулините, е предложен по-добър термин за антитела - имуноглобулини.

В съответствие с международната класификация се нарича съвкупността от серумни протеини, които имат свойствата на антитела имуноглобулинии се обозначават със символа Ig (от думата "имуноглобулин").

Срок "имуноглобулини"отразява химическата структура на молекулите на тези протеини. Срок "антитела"определя функционалните свойства на молекулата и отчита способността на антитялото да реагира само със специфичен антиген.

Преди това се приемаше, че имуноглобулините и антителата са синоними. Понастоящем има мнение, че всички антитела са имуноглобулини, но не всички имуноглобулинови молекули имат функцията на антитела.

Говорим за антитела само по отношение на антигена, т.е. ако антигенът е известен. Ако не знаем антигена, допълващ определен имуноглобулин, който имаме в ръцете си, тогава имаме само имуноглобулин. Във всеки антисерум, в допълнение към антителата срещу даден антиген, има голям брой имуноглобулини, чиято антитяло активност не може да бъде открита, но това не означава, че тези имуноглобулини не са антитела към други антигени. Въпросът за съществуването на имуноглобулинови молекули, които първоначално нямат свойствата на антитела, остава открит.

Антителата (AT, имуноглобулини, IG, Ig) са централната фигура на хуморалния имунитет. Основна роля в имунната защита на организма играят лимфоцитите, които се делят на две основни категории – Т-лимфоцити и В-лимфоцити.

Антителата или имуноглобулините (Ig) се синтезират от В-лимфоцитите, или по-точно от антителообразуващите клетки (AFC). Синтезът на антитела започва в отговор на навлизането на антигени във вътрешната среда на тялото. За да синтезират антитела, В-клетките изискват контакт с антиген и произтичащото от това съзряване на В-клетките в клетки, образуващи антитела. Значителен брой антитела се произвеждат от така наречените плазмени клетки, образувани от В-лимфоцити - AOC, които се откриват в кръвта и тъканите. Имуноглобулините се намират в големи количества в серума, междуклетъчната течност и други секрети, осигурявайки хуморален отговор.

Класове имуноглобулини

Имуноглобулините (Ig) се различават по структура и функция. Има 5 различни класа имуноглобулини, открити при хората: IgG,IgA,IgM,IgE,IgD, някои от които са допълнително разделени на подкласове. Има подкласове за имуноглобулини от класове G (Gl, G2, G3, G4), A (A1, A2) и M (M1, M2).

Класовете и подкласовете, взети заедно, се наричат изотиповеимуноглобулини.

Антителата от различни класове се различават по молекулен размер, заряд на протеиновата молекула, аминокиселинен състав и съдържание на въглехидратния компонент. Най-изследваният клас антитела е IgG.

В човешкия кръвен серум обикновено преобладават имуноглобулини от клас IgG. Те представляват приблизително 70-80% от общите серумни антитела. Съдържание на IgA - 10-15%, IgM - 5-10%. Съдържанието на имуноглобулини от класове IgE и IgD е много малко - около 0,1% за всеки от тези класове.

Не трябва да се мисли, че антителата срещу определен антиген принадлежат само към един от петте класа имуноглобулини. Напротив, антителата срещу един и същи антиген могат да бъдат представени от различни класове Ig.

Най-важната диагностична роля играе определянето на антитела от класове M и G, тъй като след като човек е заразен, първо се появяват антитела от клас M, след това клас G, а имуноглобулините A и E се появяват последни.

Имуногенност и антигенност на антигените

В отговор на навлизането на антигени в тялото започва цял комплекс от реакции, насочени към освобождаване на вътрешната среда на тялото от продуктите на чужда генетична информация. Този набор от защитни реакции на имунната система се нарича имунен отговор.

Имуногенностсе нарича способността на антигена да предизвика имунен отговор, тоест да предизвика специфична защитна реакция на имунната система. Имуногенността може да се опише и като способност за създаване на имунитет.

Имуногенността до голяма степен зависи от естеството на антигена, неговите свойства (молекулно тегло, подвижност на антигенните молекули, форма, структура, способност за промяна), от пътя и начина на навлизане на антигена в тялото, както и от допълнителни влияния и генотипа на реципиента.

Както бе споменато по-горе, една от формите на отговор на имунната система в отговор на въвеждането на антиген в тялото е биосинтезата на антитела. Антителата са в състояние да свържат антигена, който е причинил тяхното образуване, и по този начин да предпазят тялото от възможните вредни ефекти на чужди антигени. В тази връзка се въвежда понятието антигенност.

Антигенност- това е способността на антигена да взаимодейства специфично с имунни фактори, а именно да взаимодейства с продуктите на имунния отговор, причинени от това конкретно вещество (антитела и Т- и В-антиген-разпознаващи рецептори).

Някои термини от молекулярната биология

Липиди(от древногръцки λίπος - мазнина) - голяма група от доста разнообразни естествени органични съединения, включително мазнини и подобни на мазнини вещества. Липидите се намират във всички живи клетки и са един от основните компоненти на биологичните мембрани. Те са неразтворими във вода и силно разтворими в органични разтворители. Фосфолипиди- сложни липиди, съдържащи висши мастни киселини и остатък от фосфорна киселина.

Потвърждениемолекули (от латински conformatio - форма, структура, подреждане) - геометрични форми, които молекулите на органичните съединения могат да приемат при въртене на атоми или групи от атоми (заместители) около прости връзки, като същевременно се запазва редът на химичната връзка на атомите (химическа структура) , дължината на връзките и ъглите на връзката.

Органични съединения (киселини) със специална структура. Техните молекули съдържат едновременно аминогрупи (NH 2) и карбоксилни групи (COOH). Всички аминокиселини се състоят само от 5 химични елемента: C, H, O, N, S.

Пептиди(гръцки πεπτος - хранителен) - семейство вещества, чиито молекули са изградени от два или повече аминокиселинни остатъка, свързани във верига чрез пептидни (амидни) връзки. Наричат ​​се пептиди, чиято последователност е по-дълга от около 10-20 аминокиселинни остатъка полипептиди.

В полипептидната верига има N-край, образуван от свободна а-амино група и С-край, имащ свободна а-карбоксилна група. Пептидите се записват и четат от N-края до С-края - от N-крайната аминокиселина до С-крайната аминокиселина.

Аминокиселинни остатъци- Това са мономери на аминокиселини, които изграждат пептидите. Аминокиселинен остатък, който има свободна аминогрупа, се нарича N-краен и се записва отляво, а този, който има свободна α-карбоксилна група, се нарича С-краен и се записва отдясно.

протеиниобикновено наричани полипептиди, съдържащи приблизително 50 аминокиселинни остатъка. Терминът "протеини" се използва и като синоним на термина "протеини" (от гръцки protos - първи, най-важен). Молекулата на всеки протеин има ясно дефинирана, доста сложна, триизмерна структура.

Аминокиселинните остатъци в протеините обикновено се обозначават с помощта на трибуквен или еднобуквен код. Трибуквеният код е съкращение от английските имена на аминокиселини и често се използва в научната литература. Еднобуквените кодове в по-голямата си част нямат интуитивна връзка с имената на аминокиселините и се използват в биоинформатиката за представяне на аминокиселинни последователности в текст за лесен компютърен анализ.

Пептиден гръбнак.В полипептидната верига последователността от атоми -NH-CH-CO- се повтаря многократно.Тази последователност образува пептидния гръбнак. Полипептидната верига се състои от полипептиден скелет (скелет), който има правилна, повтаряща се структура и отделни странични групи (R-групи).

Пептидни връзкикомбинират аминокиселини в пептиди. Пептидните връзки се образуват от взаимодействието на α-карбоксилната група на една аминокиселина и α-аминогрупата на следваща аминокиселина. Пептидните връзки са много силни и не се разпадат спонтанно при нормални условия в клетките.

Наричат ​​се групи от атоми -CO-NH-, които се повтарят многократно в пептидните молекули пептидни групи. Пептидната група има твърда планарна (плоска) структура.

Протеинова конформация- разположение на полипептидната верига в пространството. Пространствената структура, характерна за протеиновата молекула, се формира поради вътремолекулни взаимодействия. Поради взаимодействието на функционални групи от аминокиселини, линейните полипептидни вериги на отделните протеини придобиват определена триизмерна структура, която се нарича "протеинова конформация".

Процесът на образуване на функционално активна протеинова конформация се нарича сгъване. Твърдостта на пептидната връзка намалява броя на степените на свобода на полипептидната верига, която играе важна роля в процеса на сгъване.

Глобуларни и фибриларни протеини.Изследваните до момента протеини могат да бъдат разделени на два големи класа според способността им да приемат определена геометрична форма в разтвор: фибриларен(опъната на нишка) и кълбовиден(навити на топка). Полипептидните вериги на фибриларните протеини са удължени, разположени успоредно една на друга и образуват дълги нишки или слоеве. В глобуларните протеини полипептидните вериги са плътно нагънати в глобули - компактни сферични структури.

Трябва да се отбележи, че разделянето на протеините на фибриларни и глобуларни е конвенционално, тъй като има голям брой протеини с междинна структура.

Първична протеинова структура(първична структура на протеина) е линейна последователност от аминокиселини, които изграждат протеин в полипептидна верига. Аминокиселините са свързани една с друга чрез пептидни връзки. Аминокиселинната последователност се записва, започвайки от С-края на молекулата към N-края на полипептидната верига.

P.s.b е най-простото ниво на структурна организация на протеинова молекула. Първо P.s.b. е създадена от Ф. Сангер за инсулин (Нобелова награда за 1958 г.).

(вторична структура на протеина) - нагъването на полипептидната верига на протеина в резултат на взаимодействието между близко разположени аминокиселини в рамките на една и съща пептидна верига - между аминокиселини, разположени на няколко остатъка един от друг.

Вторичната структура на протеините е пространствена структура, която се формира в резултат на взаимодействията между функционалните групи, които изграждат пептидния скелет.

Вторичната структура на протеините се определя от способността на групите на пептидната връзка да претърпят водородни взаимодействия между -C=O и -NH- функционалните групи на пептидния скелет. В този случай пептидът има тенденция да приеме конформация с образуването на максимален брой водородни връзки. Въпреки това, възможността за тяхното образуване е ограничена от природата на пептидната връзка. Следователно пептидната верига не придобива произволна, а строго определена конформация.

Вторичната структура се формира от сегменти на полипептидната верига, които участват в образуването на правилна мрежа от водородни връзки.

С други думи, вторичната структура на полипептида се отнася до конформацията на неговата основна верига (скелет), без да се взема предвид конформацията на страничните групи.

Полипептидната верига на протеина, сгъваща се под въздействието на водородни връзки в компактна форма, може да образува редица правилни структури. Известни са няколко такива структури: α (алфа)-спирала, β (бета)-структура (друго име е β-нагънат слой или β-нагънат лист), произволна намотка и въртене. Рядък тип протеинова вторична структура са π-спиралите. Първоначално изследователите вярваха, че този тип спирала не се среща в природата, но по-късно тези спирали бяха открити в протеини.

α-спиралата и β-структурата са енергийно най-благоприятните конформации, тъй като и двете са стабилизирани от водородни връзки. В допълнение, както α-спиралата, така и β-структурата са допълнително стабилизирани чрез плътното опаковане на атомите на гръбнака, които пасват заедно като парчета от картинен пъзел.

Тези фрагменти и тяхната комбинация в определен протеин, ако присъстват, се наричат ​​още вторична структура на този протеин.

В структурата на глобуларните протеини могат да се намерят фрагменти от правилна структура от всички видове във всяка комбинация, но може и да няма. Във фибриларните протеини всички остатъци принадлежат към един тип: например вълната съдържа α-спирали, а коприната съдържа β-структури.

Така най-често вторичната структура на протеина е нагъването на протеиновата полипептидна верига в α-спирални участъци и β-структурни образувания (слоеве), включващи водородни връзки. Ако водородните връзки се образуват между зоните на огъване на една верига, тогава те се наричат ​​вътрешноверижни; ако между вериги, те се наричат ​​междуверижни. Водородните връзки са разположени перпендикулярно на полипептидната верига.

α-спирала-образуват се от вътреверижни водородни връзки между NH групата на един аминокиселинен остатък и СО групата на четвъртия остатък от него. Средната дължина на α-спиралите в протеините е 10 аминокиселинни остатъка

В α-спирала се образуват водородни връзки между кислородния атом на карбонилната група и водорода на амидния азот на 4-та аминокиселина от него. Всички C=O и N-H групи на основната полипептидна верига участват в образуването на тези водородни връзки. Страничните вериги на аминокиселинните остатъци са разположени по периферията на спиралата и не участват в образуването на вторичната структура.

β-структурисе образуват между линейните области на пептидния скелет на една полипептидна верига, като по този начин образуват нагънати структури (няколко зигзагообразни полипептидни вериги).

β-структурата се образува поради образуването на много водородни връзки между атомите на пептидните групи на линейните вериги. В β-структурите водородните връзки се образуват между аминокиселини или различни протеинови вериги, които са относително отдалечени една от друга в първичната структура, а не са разположени близо, както е в случая с α-спирала.

В някои протеини могат да се образуват β-структури поради образуването на водородни връзки между атомите на пептидния скелет на различни полипептидни вериги.

Полипептидните вериги или части от тях могат да образуват паралелни или антипаралелни β-структури. Ако няколко вериги на полипептид са свързани в противоположни посоки и N- и C-краищата не съвпадат, тогава антипаралеленβ-структура, ако съвпадат – паралеленβ-структура.

Друго име за β-структурите е β-листове(β-нагънати слоеве, β-листове). β-лист се образува от две или повече β-структурни области на полипептидна верига, наречени β-нишки. Обикновено β-листовете се намират в глобуларни протеини и съдържат не повече от 6 β-нишки.

β-вериги(β-вериги) са области на протеинова молекула, в които връзките на пептидния скелет на няколко последователни полипептиди са организирани в равнинна конформация. В илюстрациите β-веригите на протеините понякога се изобразяват като плоски "ленти с върха на стрела", за да се подчертае посоката на полипептидната верига.

Основната част от β-веригите е разположена в съседство с други вериги и образува с тях обширна система от водородни връзки между C=O и N-H групите на основната протеинова верига (пептиден скелет). β-нишките могат да бъдат пакетирани , като се стабилизира напречно от две или три водородни връзки между последователни нишки. Този метод на полагане се нарича β-лист.

Объркана плетеница- това е част от пептидната верига, която няма регулярна, периодична пространствена организация. Такива региони във всеки протеин имат своя собствена фиксирана конформация, която се определя от аминокиселинния състав на този регион, както и от вторичните и третичните структури на съседните региони, обграждащи „хаотичната намотка“. В областите на произволна намотка пептидната верига може да се огъне сравнително лесно и да промени конформацията, докато α-спиралите и β-листовият слой са доста твърди структури

Друга форма на вторична структура се обозначава като β-завой. Тази структура се образува от 4 или повече аминокиселинни остатъка с водородна връзка между първия и последния и по такъв начин, че пептидната верига променя посоката си на 180°. Примковата структура на такъв завой се стабилизира от водородна връзка между карбонилния кислород на аминокиселинния остатък в началото на завоя и N-H групата на третия остатък по протежение на веригата в края на завоя.

Ако антипаралелните β-нишки се доближат до β-завоя от двата края, тогава се образува вторична структура, т.нар. β-шнола(β-фиби)

Третична структура на протеина(третична структура на протеина) - В разтвор при физиологични условия полипептидната верига се нагъва в компактна формация, която има определена пространствена структура, която се нарича третична структура на протеина. Образува се в резултат на самонагъване поради взаимодействия между радикали (ковалентни и водородни връзки, йонни и хидрофобни взаимодействия). За първи път Т.с.б. е установен за протеина миоглобин от J. Kendrew и M. Perutz през 1959 г. (Нобелова награда за 1962 г.). T.s.b. почти напълно се определя от първичната структура на протеина. Понастоящем с помощта на методите на рентгенов дифракционен анализ и ядрено-магнитна спектроскопия (ЯМР спектроскопия) са определени пространствените (третични) структури на голям брой протеини.

Кватернерна структура на протеина.Протеините, състоящи се от една полипептидна верига, имат само третична структура. Въпреки това, някои протеини са изградени от няколко полипептидни вериги, всяка от които има третична структура. За такива протеини е въведена концепцията за кватернерна структура, която е организацията на няколко полипептидни вериги с третична структура в една функционална протеинова молекула. Такъв протеин с кватернерна структура се нарича олигомер, а неговите полипептидни вериги с третична структура се наричат ​​протомери или субединици.

Конюгат(конюгат, лат. conjugatio - свързване) - изкуствено синтезирана (химически или чрез рекомбинация in vitro) хибридна молекула, в която са свързани (комбинирани) две молекули с различни свойства; широко използвани в медицината и експерименталната биология.

Хаптени

Хаптени- това са "дефектни антигени" (терминът е предложен от имунолога К. Ландщайнер). Когато се въвеждат в тялото при нормални условия, хаптените не са способни да предизвикат имунен отговор в тялото, тъй като имат изключително ниска имуногенност.

Най-често хаптените са съединения с ниско молекулно тегло (молекулно тегло под 10 kDa). Те се разпознават от тялото на реципиента като генетично чужди (т.е. имат специфичност), но поради ниското си молекулно тегло сами по себе си не предизвикват имунни реакции. Те обаче не са загубили своето антигенно свойство, което им позволява специфично взаимодействие с готови имунни фактори (антитела, лимфоцити).

При определени условия е възможно да се принуди имунната система на макроорганизма да реагира специфично на хаптена като пълноценен антиген. За целта е необходимо изкуствено да се увеличи молекулата на хаптена - да се свърже със силна връзка с достатъчно голяма протеинова молекула или друг полимерен носител. Синтезираният по този начин конюгат ще има всички свойства на пълноценен антиген и ще предизвика имунен отговор, когато бъде въведен в тялото.

Епитопи (антигенни детерминанти)

Тялото може да образува антитела към почти всяка част от молекулата на антигена, но това обикновено не се случва по време на нормален имунен отговор. Сложните антигени (протеини, полизахариди) имат специални области, към които всъщност се формира специфичен имунен отговор. Такива области се наричат епитопи(епитоп), от гръцки. epi - върху, над, над и topos - място, площ. Синоним - антигенна детерминанта.

Тези участъци се състоят от няколко аминокиселини или въглехидрати, като всеки участък е група от аминокиселинни остатъци на протеинов антиген или участък от полизахаридна верига. Епитопите са в състояние да взаимодействат както със специфични лимфоцитни рецептори, като по този начин предизвикват имунен отговор, така и с антиген-свързващи центрове на специфични антитела.

Епитопите са разнообразни по своята структура. Антигенна детерминанта (епитоп) може да бъде област от протеиновата повърхност, образувана от аминокиселинни радикали, хаптен или простетична група на протеин (небелтъчен компонент, свързан с протеин), особено често полизахаридни групи от гликопротеини.

Антигенните детерминанти или епитопи са специфични региони от триизмерната структура на антигените. Има различни видове епитопи - линеенИ конформационен.

Линейните епитопи се образуват от линейна последователност от аминокиселинни остатъци.

В резултат на изследване на структурата на протеините беше установено, че протеиновите молекули имат сложна пространствена структура. Когато са навити (на топка), протеиновите макромолекули могат да съберат остатъци, които са отдалечени един от друг в линейна последователност, образувайки конформационна антигенна детерминанта.

Освен това има крайни епитопи (разположени в краищата на антигенната молекула) и централни. Определят се и "дълбоките" или скрити антигенни детерминанти, които се появяват, когато антигенът е унищожен.

Молекулите на повечето антигени са доста големи. Една протеинова макромолекула (антиген), състояща се от няколкостотин аминокиселини, може да съдържа много различни епитопи. Някои протеини могат да имат една и съща антигенна детерминанта в множество копия (повтарящи се антигенни детерминанти).

Срещу един епитоп се образува широк набор от различни антитела. Всеки от епитопите е способен да стимулира производството на различни специфични антитела. Специфични антитела могат да бъдат произведени за всеки от епитопите.

Има един феномен имунодоминиране, което се проявява във факта, че епитопите се различават по способността си да индуцират имунен отговор.

Не всички епитопи в един протеин се характеризират с еднаква антигенност. Като правило, някои епитопи на антиген имат специална антигенност, която се проявява в преференциалното образуване на антитела срещу тези епитопи. Установява се йерархия в спектъра от епитопи на белтъчната молекула – някои от епитопите са доминиращи и повечето антитела се образуват специално към тях. Тези епитопи са наименувани имунодоминантни епитопи. Те почти винаги са разположени на изпъкнали части от молекулата на антигена.

Структура на антитела (имуноглобулини)

IgG имуноглобулини въз основа на експериментални данни. Всеки аминокиселинен остатък на протеинова молекула е изобразен като малка топка. Визуализацията е изградена с помощта на програмата RasMol.

През 20 век биохимиците се опитват да открият какви варианти на имуноглобулини съществуват и каква е структурата на молекулите на тези протеини. Структурата на антителата е установена чрез различни експерименти. Основно те се състоят в това, че антителата се третират с протеолитични ензими (папаин, пепсин) и се подлагат на алкилиране и редукция с меркаптоетанол.

След това се изследват свойствата на получените фрагменти: определя се тяхното молекулно тегло (чрез хроматография), кватернерна структура (чрез рентгенов дифракционен анализ), способността за свързване с антиген и др. Антителата към тези фрагменти също се използват, за да се определи дали антителата към един тип фрагмент могат да се свържат с фрагменти от друг тип. Въз основа на получените данни е изграден модел на молекулата на антитялото.

Повече от 100 години изследвания на структурата и функцията на имуноглобулините само подчертаха сложната природа на тези протеини. Понастоящем структурата на човешките имуноглобулинови молекули не е напълно описана. Повечето изследователи са съсредоточили усилията си не върху описанието на структурата на тези протеини, а върху изясняването на механизмите, чрез които антителата взаимодействат с антигените. В допълнение, молекули на антитела , което прави изследването на антитела, съхранявани непокътнати, да стане предизвикателство. Много по-често е възможно да се определи точната структура на отделните фрагменти на антитела.

Въпреки предполагаемото разнообразие от имуноглобулини, техните молекули са класифицирани според структурите, включени в тези молекули. Тази класификация се основава на факта, че имуноглобулините от всички класове са изградени по общ план и имат определена универсална структура.

Имуноглобулиновите молекули са сложни пространствени образувания. Всички антитела, без изключение, принадлежат към един и същ тип протеинови молекули, които имат глобуларна вторична структура, което съответства на тяхното име - „имуноглобулини“ (вторичната структура на протеина е начинът, по който неговата полипептидна верига е разположена в пространството). Те могат да бъдат мономери или полимери, изградени от няколко субединици.

Тежки и леки полипептидни вериги в структурата на имуноглобулините

Пептидни вериги на имуноглобулини. Схематична илюстрация. Променливите региони са подчертани с пунктирани линии.

Структурната единица на имуноглобулина е мономер, молекула, състояща се от полипептидни вериги, свързани една с друга чрез дисулфидни връзки (S-S мостове).

Ако една Ig молекула се третира с 2-меркаптоетанол (реагент, който разрушава дисулфидните връзки), тя ще се разпадне на двойки полипептидни вериги. Получените полипептидни вериги се класифицират по молекулно тегло: леки и тежки. Леките вериги имат ниско молекулно тегло (около 23 kDa) и се обозначават с буквата L от англ. Светлина - светлина. Тежките вериги H (от англ. Heavy - тежък) имат високо молекулно тегло (варира между 50 - 73 kDa).

Така нареченият мономерен имуноглобулин съдържа две L вериги и две Н вериги. Леките и тежките вериги се държат заедно чрез дисулфидни мостове. Дисулфидните връзки свързват леките вериги с тежките вериги и тежките вериги една с друга.

Основната структурна субединица на всички класове имуноглобулини е двойката лека верига-тежка верига (L-H). Структурата на имуноглобулините от различни класове и подкласове се различава по броя и местоположението на дисулфидните връзки между тежките вериги, както и по броя на (L-H) субединиците в молекулата. Н-веригите се държат заедно чрез различен брой дисулфидни връзки. Видовете тежки и леки вериги, които изграждат различни класове имуноглобулини, също се различават.

Фигурата показва диаграма на организацията на IgG като типичен имуноглобулин. Както всички имуноглобулини, IgG съдържа две идентични тежки (H) вериги и две идентични леки (L) вериги, които са свързани в четириверижна молекула чрез междуверижни дисулфидни връзки (-S-S-). Единствената дисулфидна връзка, свързваща H и L веригите, е разположена близо до С-края на леката верига. Съществува и дисулфидна връзка между двете тежки вериги.

Домени в молекула на антитяло

Леките и тежките полипептидни вериги в молекулата на Ig имат специфична структура. Всяка верига е условно разделена на специфични секции, наречени домейни.

Както леките, така и тежките вериги не образуват права нишка. Във всяка верига, на редовни и приблизително равни интервали от 100-110 аминокиселини, има дисулфидни мостове, които образуват бримки в структурата на всяка верига. Наличието на дисулфидни мостове означава, че всяка бримка в пептидните вериги трябва да образува компактно нагънат глобуларен домен. Така всяка полипептидна верига в имуноглобулина образува няколко глобуларни домена под формата на бримки, включващи приблизително 110 аминокиселинни остатъка.

Можем да кажем, че имуноглобулиновите молекули са сглобени от отделни домени, всеки от които е разположен около дисулфиден мост и е хомоложен на останалите.

Във всяка от леките вериги на молекулите на антитялото има две вътрешноверижни дисулфидни връзки; съответно всяка лека верига има два домена. Броят на такива връзки в тежките вериги варира; тежките вериги съдържат четири или пет домена. Домейните са разделени от лесно организирани сегменти. Наличието на такива конфигурации беше потвърдено от директни наблюдения и генетичен анализ.

Първична, вторична, третична и кватернерна структура на имуноглобулините

Структурата на имуноглобулиновата молекула (както и на други протеини) се определя от първичната, вторичната, третичната и кватернерната структура. Първичната структура е последователността от аминокиселини, които изграждат леките и тежките вериги на имуноглобулините. Рентгеновият дифракционен анализ показва, че леките и тежките вериги на имуноглобулините се състоят от компактни глобуларни домени (така наречените имуноглобулинови домени). Домените са подредени в характерна третична структура, наречена имуноглобулинова гънка.

Имуноглобулиновите домени са области в третичната структура на Ig молекулата, които се характеризират с определена автономност на структурна организация. Домейните се образуват от различни сегменти на една и съща полипептидна верига, нагънати на „топки“ (глобули). Глобулата съдържа приблизително 110 аминокиселинни остатъка.

Домейните имат сходна обща структура и специфични функции помежду си. В домейните пептидните фрагменти, които изграждат домейна, образуват компактно нагъната антипаралелна β-листова структура, стабилизирана от водородни връзки (протеинова вторична структура). В структурата на домените практически няма области с α-спирална конформация.

Вторичната структура на всеки домен се формира чрез нагъване на удължена полипептидна верига напред и назад върху себе си в два антипаралелни β-листа (β-листа), съдържащи няколко β-листа. Всеки β-лист има плоска форма – полипептидните вериги в β-листовете са почти напълно удължени.

Двата β-листа, които изграждат имуноглобулиновата област, са подредени в структура, наречена β-сандвич („като две парчета хляб едно върху друго“). Структурата на всеки имуноглобулинов домен се стабилизира от вътрешнодомейнова дисулфидна връзка - β-листовете са ковалентно свързани чрез дисулфидна връзка между цистеиновите остатъци на всеки β-лист. Всеки β-лист се състои от антипаралелни β-нишки, свързани с бримки с различна дължина.

Домейните от своя страна са свързани помежду си чрез продължение на полипептидната верига, което се простира отвъд β-листовете. Отворените участъци на полипептидната верига, присъстващи между глобулите, са особено чувствителни към протеолитични ензими.

Глобуларните домени на двойка лека и тежка верига взаимодействат един с друг, за да образуват кватернерна структура. Поради това се образуват функционални фрагменти, които позволяват на молекулата на антитялото да се свърже специфично с антигена и в същото време да изпълнява редица биологични ефекторни функции.

Променливи и постоянни области

Домените в пептидните вериги се различават по консистенцията на техния аминокиселинен състав. Има променливи и постоянни домейни (региони). Променливите домейни са обозначени с буквата V от англ. променливи - “променливи” и се наричат ​​V-домейни. Постоянните (постоянни) домейни се обозначават с буквата C, от английската константа - „постоянен“ и се наричат ​​C-домейни.

Имуноглобулините, произведени от различни клонове на плазмени клетки, имат вариабилни домени на различни аминокиселинни последователности. Константните домени са сходни или много сходни за всеки изотип на имуноглобулин.

Всеки домейн е обозначен с буква, показваща дали принадлежи към леката или тежката верига, и номер, показващ неговата позиция.

Първият домен на леките и тежките вериги на всички антитела е изключително променлив в аминокиселинната последователност; той се обозначава съответно като V L и V H.

Вторият и следващите домени на двете тежки вериги са много по-постоянни в аминокиселинната последователност. Те се обозначават като СН или СН1, СН2 и СН3. Имуноглобулините IgM и IgE имат допълнителен СН4 домен на тежката верига, разположен зад СНЗ домена.

Половината от леката верига, включително карбоксилния край, се нарича постоянна област CL, а N-крайната половина на леката верига се нарича променлива област VL.

Въглехидратните вериги също са свързани с CH2 домейна. Имуноглобулините от различни класове се различават значително по броя и разположението на въглехидратните групи. Въглехидратните компоненти на имуноглобулините имат подобна структура. Те се състоят от постоянно ядро ​​и променлива външна част. Въглехидратните компоненти влияят върху биологичните свойства на антителата.

Fab и Fc фрагменти на имуноглобулиновата молекула

Вариабилните домени на леките и тежките вериги (V H и V L), заедно с най-близките до тях константни домени (CH 1 и C L 1), образуват Fab фрагменти на антитела (фрагмент, свързващ антиген). Имуноглобулиновата област, която се свързва със специфичен антиген, се образува от N-терминалните вариабилни области на леките и тежките вериги, т.е. VH- и VL-домейни.

Останалата част, представена от С-терминалните постоянни домени на тежките вериги, е обозначена като Fc фрагмент (фрагмент, кристализиращ). Fc фрагментът включва останалите CH домени, държани заедно чрез дисулфидни връзки. На кръстовището на Fab и Fc фрагментите има шарнирна област, която позволява на антиген-свързващите фрагменти да се разгънат за по-близък контакт с антигена.

Зона на пантите

На границата на Fab и Fc фрагментите има т.нар. "зона на пантите", имаща гъвкава структура. Той осигурява мобилност между двата Fab фрагмента на Y-образната молекула на антитялото. Подвижността на фрагментите на молекулата на антитялото един спрямо друг е важна структурна характеристика на имуноглобулините. Този тип междупептидна връзка прави структурата на молекулата динамична - позволява лесно да променяте конформацията в зависимост от околните условия и състояние.

Шарнирната област е част от тежката верига. Шарнирната област съдържа дисулфидни връзки, които свързват тежките вериги една с друга. За всеки клас имуноглобулини шарнирната област има своя собствена структура.

В имуноглобулините (с възможно изключение на IgM и IgE), шарнирната област се състои от къс сегмент от аминокиселини и се намира между CH1 и CH2 областите на тежките вериги. Този сегмент се състои предимно от цистеинови и пролинови остатъци. Цистеините участват в образуването на дисулфидни мостове между веригите, а пролиновите остатъци предотвратяват сгъването в глобуларна структура.

Типична структура на имуноглобулинова молекула, като се използва IgG като пример

Схематичното представяне в планарния чертеж не отразява точно структурата на Ig; в действителност вариабилните домени на леките и тежките вериги не са подредени паралелно, а са тясно преплетени един с друг по кръстосан начин.

Удобно е да се разгледа типичната структура на имуноглобулин, използвайки примера на молекула на IgG антитяло. В молекулата на IgG има общо 12 домена - 4 на тежките вериги и 2 на леките вериги.

Всяка лека верига включва два домена - един променлив (V L, ​​​​вариабилен домейн на леката верига) и един постоянен (CL, постоянен домен на леката верига). Всяка тежка верига съдържа един вариабилен домен (V H, вариабилен домен на тежката верига) и три постоянни домена (CH 1-3, постоянни домени на тежката верига). Около една четвърт от тежката верига, включително N-края, се класифицира като вариабилна област на Н веригата (VH), останалата част от нея е постоянна област (CH1, CH2, CH3).

Всяка двойка вариабилни домени VH и VL, разположени в съседни тежки и леки вериги, образуват вариабилен фрагмент (Fv, вариабилен фрагмент).

Видове тежки и леки вериги в молекулите на антителата

Въз основа на различията в първичната структура на постоянните региони, веригите се разделят на типове. Типовете се определят от първичната аминокиселинна последователност на веригите и степента на гликозилиране. Леките вериги са разделени на два типа: κ и λ (капа и ламбда), тежките вериги са разделени на пет типа: α, γ, μ, ε и δ (алфа, гама, мю, епсилон и делта). Сред разнообразието от тежки вериги от алфа, мю и гама типове се разграничават подтипове.

Класификация на имуноглобулините

Имуноглобулините се класифицират според техния тип Н-верига (тежка верига). Постоянните области на тежките вериги на имуноглобулини от различни класове не са еднакви. Човешките имуноглобулини се разделят на 5 класа и редица подкласове, според видовете тежки вериги, които са включени в техния състав. Тези класове се наричат ​​IgA, IgG, IgM, IgD и IgE.

Самите Н-вериги се обозначават с гръцка буква, съответстваща на главната латинска буква от името на един от имуноглобулините. IgA има тежки вериги α (алфа), IgM – μ (mu), IgG – γ (гама), IgE – ε (епсилон), IgD – δ (делта).

Имуноглобулините IgG, IgM и IgA имат редица подкласове. Разделянето на подкласове (подтипове) също се извършва в зависимост от характеристиките на H-веригите. При хората има 4 подкласа на IgG: IgG1, IgG2, IgG3 и IgG4, съдържащи съответно тежки вериги γ1, γ2, γ3 и γ4. Тези Н вериги се различават по малки подробности за Fc фрагмент. За μ-веригата са известни 2 подтипа - μ1- и μ2-. IgA има 2 подкласа: IgA1 и IgA2 с α1 и α2 подтипове на α вериги.

Във всяка имунолобулинова молекула всички тежки вериги са от един и същи тип, в съответствие с класа или подкласа.

Всичките 5 класа имуноглобулини се състоят от тежки и леки вериги.

Леките вериги (L-вериги) на имуноглобулини от различни класове са еднакви. Всички имуноглобулини могат да имат както κ (капа), така и двете λ (ламбда) леки вериги. Имуноглобулините от всички класове се разделят на K- и L-типове, в зависимост от наличието съответно на κ- или λ-тип леки вериги в техните молекули. При хората съотношението на K- и L-типове е 3:2.

Класовете и подкласовете, взети заедно, се наричат ​​имуноглобулинови изотипове. Изотипът на антитялото (клас, подклас имуноглобулини - IgM1, IgM2, IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, IgA1, IgA2, IgD, IgE) се определя от С-домените на тежките вериги.

Всеки клас включва огромно разнообразие от индивидуални имуноглобулини, различаващи се по първичната структура на променливите области; общият брой на имуноглобулините от всички класове е ≈ 10^7.

Структурата на молекулите на антитела от различни класове

Схеми на структурата на имуноглобулините. (A) - мономерни IgG, IgE, IgD, IgA; (B) - полимерен секреторен Ig A (slgA) и IgM (B); (1) - секреторен компонент; (2) - свързваща J-верига.

1. Класове антитела IgG, IgD и IgE

Молекулите на антителата от класовете IgG, IgD и IgE са мономерни; те са Y-образни.

Имуноглобулините от клас IgG представляват 75% от общия брой човешки имуноглобулини. Те се намират както в кръвта, така и извън кръвоносните съдове. Важно свойство на IgG е способността му да преминава през плацентата. Така майчините антитела навлизат в тялото на новороденото дете и го предпазват от инфекция през първите месеци от живота (естествен пасивен имунитет).

IgD се намира главно върху мембраната на В-лимфоцитите. Те имат структура, подобна на IgG, 2 активни центъра. Тежката верига (δ верига) се състои от вариабилен и 3 постоянни домена. Шарнирната област на δ веригата е най-дългата и местоположението на въглехидратите в тази верига също е необичайно.

IgE - концентрацията на този клас имуноглобулини в кръвния серум е изключително ниска. Молекулите на IgE се фиксират главно върху повърхността на мастоцитите и базофилите. IgE е подобен по структура на IgG и има 2 активни центъра. Тежката верига (ε-верига) има един променлив и 4 постоянни домена. Предполага се, че IgE е от съществено значение за развитието на антихелминтен имунитет. IgE играе основна роля в патогенезата на някои алергични заболявания (бронхиална астма, сенна хрема) и анафилактичен шок.

2. Класове антитела IgM и IgA

Имуноглобулините IgM и IgA образуват полимерни структури. За полимеризация IgM и IgA включват допълнителна полипептидна верига с молекулно тегло 15 kDa, наречена J-верига (съединение). Тази J-верига свързва крайните цистеини в С-краищата на μ- и α-тежките вериги на IgM и IgA, съответно.

На повърхността на зрелите В-лимфоцити IgM молекулите са разположени под формата на мономери. Въпреки това, в серума те съществуват под формата на пентамери: молекулата на IgM се състои от пет структурни молекули, подредени радиално. Пентамерът IgM се образува от пет мономера тип "прашка", подобни на IgG, свързани заедно чрез дисулфидни връзки и J верига. Техните Fc фрагменти са насочени към центъра (където са свързани с J-верига), а техните Fab фрагменти са насочени навън.

В IgM тежките (H) вериги се състоят от 5 домена, тъй като съдържат 4 постоянни домена. IgM тежките вериги нямат шарнирна област; неговата роля се играе от домейна CH 2, който има известна конформационна лабилност.

IgM се синтезира главно по време на първичния имунен отговор и се намира предимно във вътресъдовото легло. Количеството Ig M в кръвния серум на здрави хора е около 10% от общото количество Ig.

IgA антителата са изградени от различен брой мономери. Имуноглобулините от клас А са разделени на два вида: серумни и секреторни. По-голямата част (80%) от IgA в кръвния серум има мономерна структура. По-малко от 20% от IgA в серума е представен от димерни молекули.

Секреторният IgA не се намира в кръвта, а като част от екзокретите на лигавиците и се обозначава като sIgA. В секретите на лигавиците IgA се представя под формата на димери. Секреторният IgA образува димер от две "прашки" (Ig мономери). С-краищата на тежките вериги в sIgA молекулата са свързани помежду си чрез J-веригата и протеинова молекула, наречена „секреторен компонент“.

Секреторният компонент се произвежда от епителните клетки на лигавиците. Той се свързва с молекулата на IgA, докато преминава през епителните клетки. Секреторният компонент предпазва sIgA от разцепване и инактивиране от протеолитични ензими, които се съдържат в големи количества в секретите на лигавиците.

Основната функция на sIgA е да предпазва лигавиците от инфекция. Ролята на sIgA в осигуряването на локален имунитет е много важна, т.к Общата площ на лигавиците в тялото на възрастен човек е няколкостотин квадратни метра и далеч надвишава повърхността на кожата.

Високи концентрации на sIgA се откриват в човешката кърма, особено в първите дни на кърменето. Те предпазват стомашно-чревния тракт на новороденото от инфекции.

Децата се раждат без IgA и го получават чрез майчиното мляко. Надеждно е доказано, че децата, които са кърмени, страдат значително по-рядко от чревни инфекции и заболявания на дихателните пътища в сравнение с децата, получаващи изкуствено хранене.

Антителата от клас IgA съставляват 15-20% от общото съдържание на имуноглобулини. IgA не прониква през плацентарната бариера. Ig A се синтезира от плазмени клетки, разположени главно в субмукозните тъкани, върху мукозната епителна повърхност на дихателните пътища, урогениталния и чревния тракт и в почти всички отделителни жлези. Част от Ig A навлиза в общото кръвообращение, но по-голямата част от него се секретира локално върху лигавиците под формата на sIgA и служи като локална защитна имунологична бариера за лигавиците. Серумният IgA и sIgA са различни имуноглобулини; sIgA не се открива в кръвния серум.

Хората с IgA имунодефицит имат склонност към автоимунни заболявания, инфекции на дихателните пътища, максиларните и фронталните синуси, чревни разстройства.

Разграждане на имуноглобулиновата молекула от ензими

Протеолитичните ензими (като папаин или пепсин) разграждат имуноглобулиновите молекули на фрагменти. В същото време под въздействието на различни протеази могат да се получат различни продукти. Получените по този начин имуноглобулинови фрагменти могат да се използват за изследователски или медицински цели.

Глобуларната структура на имуноглобулините и способността на ензимите да разграждат тези молекули на големи компоненти на строго определени места, а не да ги разрушават до олигопептиди и аминокиселини, показва изключително компактна структура.

1. Разцепване на имуноглобулиновата молекула от папаин. Fab и Fc фрагменти на антитела.

В края на 50-те - началото на 60-те години английският учен Р.Р. Портър анализира структурните характеристики на IgG антителата чрез разделяне на молекулата с папаин (пречистен ензим от сок от папая). Папаинът разрушава имуноглобулина в шарнирната област, над междуверижните дисулфидни връзки. Този ензим разделя имуноглобулиновата молекула на три фрагмента с приблизително еднакъв размер.

Двама от тях бяха посочени Страхотни фрагменти(от английския фрагмент антиген-свързващ - антиген-свързващ фрагмент). Fab фрагментите са напълно идентични и, както показват проучванията, са проектирани да се свързват с антигена. Областта на тежката верига на Fab фрагмента се нарича Fd; той се състои от VH и CH1 домени.

Третият фрагмент може да кристализира от разтвора и да не може да свърже антигена. Този фрагмент е наименуван Fc фрагмент(от английския фрагмент кристализиращ - фрагмент от кристализация). Той е отговорен за биологичните функции на молекулата на антитялото след свързване на антигена и Fab частта на интактната молекула на антитялото.

Fc фрагментът има една и съща структура за антитела от всеки клас и подклас и различна за антитела, принадлежащи към различни подкласове и класове.

Fc фрагментът на молекулата взаимодейства с клетките на имунната система: неутрофили, макрофаги и други мононуклеарни фагоцити, които носят рецептори за Fc фрагмента на повърхността си. Ако антителата се свържат с патогенни микроорганизми, те могат да взаимодействат с фагоцитите с техния Fc фрагмент. Благодарение на това патогенните клетки ще бъдат унищожени от тези фагоцити. Всъщност антителата действат в този случай като междинни молекули.

Впоследствие стана известно, че Fc фрагментите на имуноглобулините в рамките на един изотип в даден организъм са строго идентични, независимо от антигенната специфичност на антитялото. За тази инвариантност те започнаха да се наричат ​​постоянни области (фрагментна константа - Fc, съкращението е същото).

2. Разцепване на имуноглобулиновата молекула от пепсин.

Друг протеолитичен ензим, пепсинът, разцепва молекулата на различно място, по-близо до С-края на Н веригите, отколкото папаинът. Разцепването се случва "надолу по течението" на дисулфидните връзки, държащи Н веригите заедно. В резултат на това под действието на пепсин се образува двувалентен антиген-свързващ F(ab")2 фрагмент и съкратен pFc" фрагмент. pFc" фрагментът е С-терминалната част на Fc региона.

Пепсинът отрязва pFc" фрагмента от голям фрагмент със седиментационна константа 5S. Този голям фрагмент се нарича F(ab")2, защото, подобно на родителското антитяло, той е двувалентен по отношение на свързването на антигена. Състои се от свързани Fab фрагменти, свързани чрез дисулфиден мост в шарнирната област. Тези Fab фрагменти са едновалентни и хомоложни на папаинови Fab фрагменти I и II, но техният Fd фрагмент е с приблизително десет аминокиселинни остатъка по-голям.

Антиген-свързващи центрове на антитела (паратопи)

Fab фрагментът на имуноглобулина включва V домени на двете вериги, C L и CH 1 домени. Антиген-свързващият регион на Fab фрагмента е получил няколко имена: активен или антиген-свързващ център на антитела, антидетерминант или паратоп.

Променливите сегменти на леките и тежките вериги участват в образуването на активни центрове. Активното място е цепнатина, разположена между вариабилните домени на леката и тежката вериги. И двата домейна участват във формирането на активния център.

Имуноглобулинова молекула. L - леки вериги; H - тежки вериги; V - променлива област; C - постоянна област; N-терминалните региони на L и H веригите (V регион) образуват два антиген-свързващи центъра във Fab фрагментите.

Всеки Fab фрагмент от IgG имуноглобулини има едно антиген-свързващо място. Активните центрове на антитела от други класове, способни да взаимодействат с антигена, също се намират във Fab фрагменти. Антителата IgG, IgA и IgE имат по 2 активни центъра, IgM - 10 центъра.

Имуноглобулините могат да свързват антигени от различно химично естество: пептиди, въглехидрати, захари, полифосфати, стероидни молекули.

Основно и уникално свойство на антителата е тяхната способност да се свързват с непокътнати, естествени молекули на антигени, директно във формата, в която антигенът е проникнал във вътрешната среда на тялото. Това не изисква никаква пред-метаболитна обработка на антигени

Структура на домени в имуноглобулинови молекули

Вторичната структура на полипептидните вериги на имуноглобулиновата молекула има доменна структура. Отделни участъци от тежки и леки вериги са нагънати в глобули (домени), които са свързани с линейни фрагменти. Всеки домейн е с приблизително цилиндрична форма и представлява β-листова структура, образувана от антипаралелни β-листове. В основната структура има отчетлива разлика между C и V домейните, която може да се види като се използва леката верига като пример.

Фигурата схематично показва нагъването на единична полипептидна верига на протеина на Bence-Jones, съдържаща V L и CL домени. Схемата се основава на данни от рентгенова дифракция - метод, който ви позволява да установите триизмерната структура на протеините. Диаграмата показва приликите и разликите между V и C домейните.

Горната част на фигурата схематично показва пространственото разположение на постоянните (C) и променливите (V) домени на леката верига на протеинова молекула. Всеки домейн е цилиндрична „бъчвообразна“ структура, в която участъци от полипептидната верига (β-нишки), движещи се в противоположни посоки (т.е. антипарели), са опаковани, за да образуват два β-листа, държани заедно чрез дисулфидна връзка

Всеки от домейните, V- и C-, се състои от два β-листа (слоеве с β-листова структура). Всеки β-лист съдържа няколко антипаралелни (въртящи се в противоположни посоки) β-вериги: в С-домена β-листовете съдържат четири и три β-нишки, във V-домена и двата слоя се състоят от четири β-нишки. На фигурата β-веригите са показани в жълто и зелено за С домейна и червено и синьо за V домейна.

В долната част на фигурата имуноглобулиновите домени се обсъждат по-подробно. Тази половина на картината показва диаграма на относителното разположение на β-нишките за V- и C-домените на леката верига. Възможно е по-ясно да се изследва начинът, по който техните полипептидни вериги са подредени при образуването на β-листове, което създава крайната структура. За да се покаже нагъването, β-веригите са обозначени с букви от латинската азбука, според реда на тяхното появяване в последователността от аминокиселини, които съставляват домейна. Редът на поява във всеки β-лист е характеристика на имуноглобулиновите домени.

β-листовете (листовете) в домейните са свързани чрез дисулфиден мост (връзка) приблизително в средата на всеки домейн. Тези връзки са показани на фигурата: между слоевете има дисулфидна връзка, свързваща гънки B и F и стабилизираща структурата на домейна.

Основната разлика между V и C домейните е, че V домейнът е по-голям и съдържа допълнителни β-вериги, обозначени като C' и C'. На фигурата β-веригите C' и C', присъстващи във V-домейните, но отсъстващи в C-домейните, са подчертани със син правоъгълник. Може да се види, че всяка полипептидна верига образува гъвкави бримки между последователни β-вериги при промяна на посоката. Във V домейна, гъвкави бримки, образувани между някои от β-нишките, формират част от структурата на активното място на имуноглобулиновата молекула.

Хиперпроменливи области в рамките на V домейни

Нивото на променливост в променливите области не е равномерно разпределено. Не целият вариабилен домейн е променлив в своя аминокиселинен състав, а само малка част от него - хиперпроменливаобласти. Те представляват около 20% от аминокиселинната последователност на V-домените.

В структурата на цялата имуноглобулинова молекула VH и VL домените са комбинирани. Техните хиперпроменливи области са съседни една на друга и създават единична хиперпроменлива област под формата на джоб. Това е областта, която специфично се свързва с антигена. Хипервариабилните региони определят комплементарността на антитялото към антигена.

Тъй като хиперпроменливите региони играят ключова роля в разпознаването и свързването на антигена, те също се наричат ​​региони, определящи комплементарността (CDR). Има три CDR във вариабилните домени на тежките и леките вериги (V L CDR1–3, V H CDR1–3).

Между хиперпроменливите региони има относително постоянни участъци от аминокиселинната последователност, които се наричат ​​рамкови региони (FR). Те представляват около 80% от аминокиселинната последователност на V-домените. Ролята на такива региони е да поддържат относително еднаква триизмерна структура на V-домени, което е необходимо за осигуряване на афинитетно взаимодействие на хиперпроменливи региони с антигена.

В последователността на вариабилния домейн на регион 3, хипервариантните региони се редуват с 4 относително инвариантни „рамкови“ региони FR1–FR4,

H1–3 – CDR вериги, включени във веригите.

От особен интерес е пространственото разположение на хиперпроменливите области в три отделни бримки на променливия домейн. Тези хиперпроменливи области, въпреки че са разположени на голямо разстояние една от друга в първичната структура на леката верига, но когато се формира триизмерната структура, те са разположени в непосредствена близост една до друга.

В пространствената структура на V-домейните хиперпроменливите последователности са разположени в зоната на завоите на полипептидната верига, насочени към съответните участъци на V-домейна на другата верига (т.е. CDRs на леките и тежките вериги са насочени един към друг). В резултат на взаимодействието на вариабилния домен на H- и L-веригите се образува антиген-свързващото място (активен център) на имуноглобулина. Според електронната микроскопия това е кухина с дължина 6 nm и ширина 1,2–1,5 nm.

Пространствената структура на тази кухина, определена от структурата на хиперпроменливите региони, определя способността на антителата да разпознават и свързват специфични молекули въз основа на пространственото съответствие (специфичност на антитялото). Пространствено разделени области на H- и L-вериги също допринасят за образуването на активния център. Хипервариабилните региони на V домените не са напълно включени в активния център - повърхността на антиген-свързващия регион покрива само около 30% от CDR.

Хиперпроменливите региони на тежката и леката верига определят индивидуалните структурни характеристики на антиген-свързващия център за всеки Ig клонинг и разнообразието от техните специфичности.

Свръхвисоката вариабилност на CDRs и активните центрове гарантира, че имуноглобулиновите молекули, синтезирани от В лимфоцити от един и същи клонинг, са уникални не само по структура, но и по способността им да свързват различни антигени. Въпреки факта, че структурата на имуноглобулините е доста добре известна и CDRs са отговорни за техните характеристики, все още не е ясно кой домен е най-отговорен за свързването на антигена.

Взаимодействие на антитела и антигени (взаимодействие на епитоп и паратоп)

Реакцията антиген-антитяло се основава на взаимодействието между антигенния епитоп и активния център на антитялото, въз основа на тяхното пространствено съответствие (комплементарност). В резултат на свързването на патогена с активния център на антитялото, патогенът се неутрализира и проникването му в клетките на организма е затруднено.

В процеса на взаимодействие с антигена не участва цялата имуноглобулинова молекула, а само ограничена част от нея - антиген-свързващият център или паратопът, който е локализиран във Fab фрагмента на Ig молекулата. В този случай антитялото не взаимодейства с цялата антигенна молекула наведнъж, а само с неговата антигенна детерминанта (епитоп).

Активният център на антителата е структура, която е пространствено комплементарна (специфична) на детерминантната група на антигена. Активният център на антителата има функционална автономност, т.е. способни да свързват антигенни детерминанти в изолирана форма.

От страна на антигена, епитопите, които взаимодействат със специфични антитела, са отговорни за взаимодействието с активните центрове на молекулите за разпознаване на антиген. Епитопът директно влиза в йонни, водородни, ван дер ваалсови и хидрофобни връзки с активния център на антитялото.

Специфичното взаимодействие на антитела с антигенна молекула е свързано с относително малка площ от нейната повърхност, съответстваща по размер на антиген-свързващото място на рецепторите и антителата.

Свързването на антиген с антитяло става чрез слаби взаимодействия в антиген-свързващия център. Всички тези взаимодействия се появяват само когато молекулите са в близък контакт. Такова малко разстояние между молекулите може да бъде постигнато само поради комплементарността на епитопа и активния център на антитялото.

Понякога едно и също антиген-свързващо място на молекула на антитяло може да се свърже с няколко различни антигенни детерминанти (обикновено тези антигенни детерминанти са много сходни). Такива антитела се наричат кръстосано реактивен, способен на полиспецифично свързване.

Например, ако антиген А има общи епитопи с антиген В, тогава някои от антителата, специфични за А, също ще реагират с В. Това явление се нарича кръстосана реактивност.

Пълни и непълни антитела. Валентност

Валентност- това е броят на активните центрове на антитялото, които могат да се комбинират с антигенни детерминанти. Антителата имат различен брой активни центрове в молекулата, което определя тяхната валентност. В това отношение има разграничение пъленИ непълнаантитела.

Пълните антитела имат поне два активни центъра. Пълните (двувалентни и петвалентни) антитела, когато взаимодействат in vitro с антигена, в отговор на който са произведени, дават визуално видими реакции (аглутинация, лизис, утаяване, фиксиране на комплемента и др.).

Непълните или моновалентните антитела се различават от обикновените (пълни) антитела по това, че имат само един активен център; вторият център не работи в такива антитела. Това не означава, че вторият активен център на молекулата отсъства. Вторият активен център на такива имуноглобулини е защитен от различни структури или има нисък авидитет. Такива антитела могат да взаимодействат с антигена, да го блокират, свързвайки епитопите на антигена и предотвратявайки контакта на пълните антитела с него, но не предизвикват агрегация на антигена. Затова те също се наричат блокиране.

Реакцията между частични антитела и антиген не е придружена от макроскопични явления. Непълните антитела, когато специфично взаимодействат с хомоложен антиген, не дават видима проява на серологична реакция, т.к. не може да агрегира частици в големи конгломерати, а само да ги блокира.

Непълните антитела се образуват независимо от пълните и изпълняват същите функции. Те също са представени от различни класове имуноглобулини.

Идиотипи и идиотопи

Антителата са сложни протеинови молекули, които сами по себе си могат да имат антигенни свойства и да предизвикат образуването на антитела. В техния състав се разграничават няколко типа антигенни детерминанти (епитипи): изотипове, алотипове и идиотипове.

Различните антитела се различават едно от друго по своите променливи области. Антигенните детерминанти на вариабилните региони (V региони) на антителата се наричат идиотопи. Идиотопи могат да бъдат конструирани от характерни участъци от V-области само на H-вериги или L-вериги. В повечето случаи и двете вериги участват в образуването на идиотопа едновременно.

Идиотопите могат да бъдат свързани с антиген-свързващото място (идиотопи, свързани с мястото) или да не са свързани с него (идиотопи, които не са свързани).

Свързаните с място идиотопи зависят от структурата на антиген-свързващия регион на антитялото (принадлежащ към Fab фрагмента). Ако това място е заето от антиген, тогава антиидиотопното антитяло вече не може да реагира с антитяло, което има този идиотоп. Други идиотопи изглежда нямат толкова тясна връзка с антиген-свързващите места.

Наборът от идиотопи в молекулата на всяко антитяло се обозначава като идиот. По този начин идиотипът се състои от набор от идиотопи - антигенни детерминанти на V областта на антитялото.

Наричат ​​се групови конституционални варианти на антигенната структура на тежките вериги алотипове. Алотиповете са детерминанти, кодирани от алели на даден имуноглобулинов ген.

Изотиповете са детерминанти, които разграничават класове и подкласове на тежки вериги и варианти κ (капа) и λ (ламбда) на леки вериги.

Афинитет и авидност на антитела

Силата на свързване на антителата може да се характеризира с имунохимични характеристики: авидност и афинитет.

Под афинитетразбират силата на свързване между активното място на молекулата на антитялото и съответната антигенна детерминанта. Силата на химичната връзка на един антигенен епитоп с един от активните центрове на Ig молекулата се нарича афинитет на свързване на антитялото към антигена. Афинитетът обикновено се определя количествено чрез константата на дисоциация (в mol-1) на един антигенен епитоп с едно активно място.

Афинитетът е точността на съвпадението на пространствената конфигурация на активния център (паратоп) на антитялото и антигенната детерминанта (епитоп). Колкото повече връзки се образуват между епитопа и паратопа, толкова по-висока ще бъде стабилността и продължителността на живота на получения имунен комплекс. Имунният комплекс, образуван от антитела с нисък афинитет, е изключително нестабилен и има кратък живот.

Афинитетът на антителата към антигена се нарича алчностантитела. Авидността на връзката между антитяло и антиген е общата сила и интензитет на връзката между цялата молекула на антитялото и всички антигенни епитопи, които тя успява да свърже.

Авидността на антителата се характеризира със скоростта на образуване на комплекса антиген-антитяло, пълнотата на взаимодействието и силата на получения комплекс. Авидността, както и специфичността на антителата, се основават на първичната структура на детерминантата (активния център) на антитялото и свързаната с нея степен на адаптация на повърхностната конфигурация на полипептидите на антитялото към детерминантата (епитоп) на антигена.

Авидността се определя както от афинитета на взаимодействието между епитопите и паратопите, така и от валентността на антителата и антигена. Авидността зависи от броя на антиген-свързващите центрове в молекулата на антитялото и тяхната способност да се свързват с множество епитопи на даден антиген.

Типична IgG молекула, когато са включени и двете антиген-свързващи места, ще се свърже с многовалентен антиген поне 10 000 пъти по-силно, отколкото когато е включено само едно място.

Антителата от клас М имат най-голяма авидност, тъй като имат 10 антиген-свързващи центъра. Ако афинитетите на отделните антиген-свързващи места на IgG и IgM са еднакви, молекулата на IgM (с 10 такива места) ще прояви несравнимо по-голяма авидност към многовалентния антиген, отколкото молекулата IgG (с 2 места). Поради високия си общ авидитет, IgM антителата, основният клас имуноглобулини, произведени в началото на имунния отговор, могат да функционират ефективно дори при нисък афинитет на отделните места на свързване.

Разликата в авидността е важна, тъй като антителата, произведени в началото на имунния отговор, обикновено имат много по-малък афинитет към антигена от тези, произведени по-късно. Увеличаването на средния афинитет на антителата, произведени с течение на времето след имунизацията, се нарича узряване на афинитета.

Специфика на взаимодействие между антигени и антитела

В имунологията специфичността се отнася до селективността на взаимодействието на индуктори и продукти на имунните процеси, по-специално антигени и антитела.

Специфичността на взаимодействието на антителата е способността на имуноглобулина да реагира само със специфичен антиген, а именно способността да се свързва със строго определена антигенна детерминанта. Феноменът на специфичност се основава на наличието на активни центрове в молекулата на антитялото, които влизат в контакт със съответните детерминанти на антигена. Селективността на взаимодействието се дължи на комплементарността между структурата на активния център на антитялото (паратоп) и структурата на антигенната детерминанта (епитоп).

Антигенната специфичност е способността на антигена да индуцира имунен отговор към строго определен епитоп. Специфичността на антигена до голяма степен се определя от свойствата на съставните му епитопи.

Една от най-важните функции на имуноглобулините е свързването на антигена и образуването на имунни комплекси. Протеините на антителата реагират специфично с антигените, образувайки имунни комплекси - комплекси от антитела, свързани с антигени. Тази връзка е нестабилна: полученият имунен комплекс (IC) може лесно да се разпадне на съставните си компоненти.

Всяка антигенна молекула може да бъде свързана с няколко молекули антитяло, тъй като има няколко антигенни детерминанти на антигена и антитела могат да се образуват към всяка от тях. В резултат на това възникват сложни молекулни комплекси.

Образуването на имунни комплекси е неразделна част от нормалния имунен отговор. Образуването и биологичната активност на имунните комплекси зависят преди всичко от природата на антителата и антигена, включени в техния състав, както и от тяхното съотношение. Характеристиките на имунните комплекси зависят от свойствата на антителата (валентност, афинитет, скорост на синтез, способност за фиксиране на комплемента) и антигена (разтворимост, размер, заряд, валентност, пространствено разпределение и плътност на епитопа).

Взаимодействие на антигени и антитела. Реакция антиген-антитяло

Реакцията антиген-антитяло е образуването на комплекс между антиген и антитела, насочени към него. Изследването на такива реакции е от голямо значение за разбирането на механизма на специфичното взаимодействие на биологичните макромолекули и за изясняване на механизма на серологичните реакции.

Ефективността на взаимодействието на антитяло с антиген значително зависи от условията, при които протича реакцията, главно от рН на средата, осмотичната плътност, солевия състав и температурата на средата. Оптимални за реакцията антиген-антитяло са физиологичните условия на вътрешната среда на макроорганизма: близка до неутрална реакция на околната среда, наличие на фосфатни, карбонатни, хлоридни и ацетатни йони, осмоларитет на физиологичния разтвор (концентрация на разтвора 0,15 М), както и температура 36-37 °C.

Взаимодействието на антигенна молекула с антитяло или неговия активен Fab фрагмент е придружено от промени в пространствената структура на антигенната молекула.

Тъй като при свързването на антиген с антитяло не възникват химични връзки, силата на тази връзка се определя от пространствената точност (специфичност) на взаимодействащите участъци на две молекули - активния център на имуноглобулина и антигенната детерминанта. Мярката за сила на връзката се определя от афинитета на антитялото (големината на връзката на един антиген-свързващ център с отделен епитоп на антигена) и неговия авидитет (общата сила на взаимодействие на антитялото с антигена в случай на взаимодействие на поливалентно антитяло с поливалентен антиген).

Всички реакции антиген-антитяло са обратими; комплексът антиген-антитяло може да се дисоциира, за да освободи антитела. В този случай обратната реакция антиген-антитяло протича много по-бавно от директната.

Има два основни начина, по които може да бъде частично или напълно отделен вече образуван комплекс антиген-антитяло. Първият е изместването на антителата от излишък на антиген, а вторият е въздействието върху имунния комплекс на външни фактори, което води до прекъсване на връзките (намален афинитет) между антигена и антитялото. Частична дисоциация на комплекса антиген-антитяло обикновено може да се постигне чрез повишаване на температурата.

Когато се използват серологични методи, най-универсалният начин за дисоциация на имунни комплекси, образувани от голямо разнообразие от антитела, е да се третират с разредени киселини и основи, както и концентрирани разтвори на амиди (урея, гуанидин хидрохлорид).

Хетерогенност на антителата

Антителата, образувани по време на имунния отговор на организма, са разнородни и се различават едно от друго, т.е. Те разнородни. Антителата са хетерогенни по своите физикохимични, биологични свойства и преди всичко по своята специфичност. Основната основа за хетерогенността (разнообразието от специфичности) на антителата е разнообразието на техните активни центрове. Последното е свързано с променливостта на аминокиселинния състав в V областите на молекулата на антитялото.

Антителата също са хетерогенни по принадлежност към различни класове и подкласове.

Хетерогенността на антителата се дължи и на факта, че имуноглобулините съдържат 3 вида антигенни детерминанти: изотипни, характеризиращи принадлежността на имуноглобулина към определен клас; алотипни, съответстващи на алелни варианти на имуноглобулин; идиотипни, отразяващи индивидуалните характеристики на имуноглобулина. Системата идиотип-анти-идиотип формира основата на така наречената теория на мрежата на Jerne.

Изотипове, алотипове, идиотипове на антитела

Имуноглобулините съдържат три типа антигенни детерминанти: изотипни (едни и същи за всеки представител на даден вид), алотипични (детерминанти, които са различни сред представителите на даден вид) и идиотипни (детерминанти, които определят индивидуалността на даден имуноглобулин и са различни за антитела от същия клас или подклас).

Във всеки биологичен вид тежките и леките вериги на имуноглобулините имат определени антигенни характеристики, според които тежките вериги се делят на 5 класа (γ, μ, α, δ, ε), а леките вериги на 2 вида (κ и λ). Тези антигенни детерминанти се наричат ​​изотипични (изотипове); за всяка верига те са еднакви във всеки представител на даден биологичен вид.

В същото време съществуват вътрешноспецифични различия в посочените имуноглобулинови вериги - алотипове, обусловени от генетичните характеристики на произвеждащия организъм: техните характеристики са генетично определени. Например, повече от 20 алотипа са описани за тежки вериги.

Дори когато антителата към определен антиген принадлежат към един и същи клас, подклас или дори алотип, те се характеризират със специфични разлики едно от друго. Тези различия се наричат ​​идиотипи. Те характеризират "индивидуалността" на даден имуноглобулин в зависимост от специфичността на индукторния антиген. Това зависи от структурните характеристики на V-домейните на H- и L-веригите и многото различни варианти на техните аминокиселинни последователности. Всички тези антигенни разлики се определят с помощта на специфични серуми.

Класификации на антителата според реакциите, в които могат да участват

Първоначално антителата са конвенционално класифицирани според техните функционални свойства на неутрализиращи, лизиращи и коагулиращи. Неутрализиращите агенти включват антитоксини, антиензими и неутрализиращи вируса лизини. Коагулиращите агенти включват аглутинини и преципитини; до лизиране - хемолитични и комплемент-фиксиращи антитела. Като се има предвид функционалната способност на антителата, се дават имена на серологични реакции: аглутинация, хемолиза, лизис, утаяване и др.

Изследвания на антитела. Фагов дисплей.

Доскоро изследването на антителата беше трудно поради технически причини. Имуноглобулините в тялото са сложна смес от протеини. Имуноглобулиновата фракция на кръвния серум е смес от огромен брой различни антитела. Освен това относителното съдържание на всеки вид от тях като правило е много малко. Доскоро беше трудно да се получат чисти антитела от имуноглобулиновата фракция. Трудността при изолирането на отделни имуноглобулини отдавна е пречка както за биохимичното им изследване, така и за установяването на първичната им структура.

През последните години се появи нова област на имунологията - инженерство на антитела, което се занимава с производството на неестествени имуноглобулини с желани свойства. За това обикновено се използват две основни направления: биосинтеза на антитела с пълна дължина и производство на минимални фрагменти от молекулата на антитялото, които са необходими за ефективно и специфично свързване с антигена.

Съвременните технологии за производство на антитела in vitro копират селекционните стратегии на имунната система. Една от тези технологии е фаговият дисплей, който позволява получаването на фрагменти от човешки антитела с различна специфичност. Гените от тези фрагменти могат да се използват за конструиране на антитела с пълна дължина.

В допълнение, много често терапевтичните лекарства, създадени на базата на антитела, не изискват участието на техните ефекторни функции чрез Fc домейна, например при инактивирането на цитокини, блокиране на рецептори или неутрализиране на вируси. Следователно, една от тенденциите в дизайна на рекомбинантни антитела е да се намали техният размер до минимален фрагмент, който запазва както свързващата активност, така и специфичността.

Такива фрагменти в някои случаи могат да бъдат по-предпочитани поради тяхната способност да проникват по-добре в тъканите и да бъдат елиминирани от тялото по-бързо от молекулите на антитела с пълна дължина. В същото време желаният фрагмент може да бъде произведен в Е. coli или дрожди, което значително намалява цената му в сравнение с антителата, получени с помощта на клетъчни култури от бозайници. В допълнение, този метод на развитие позволява да се избегне биологичната опасност, свързана с използването на антитела, изолирани от донорска кръв.

Миеломни имуноглобулини

Протеин на Бенс Джоунс. Пример за молекула на такъв имуноглобулин, която е димер на капа леки вериги

Терминът имуноглобулини се отнася не само за нормални класове антитела, но и за голям брой анормални протеини, обикновено наричани миеломни протеини. Тези протеини се синтезират в големи количества при мултиплен миелом, злокачествено заболяване, при което дегенерирали специфични клетки на антитялообразуващата система произвеждат големи количества определени протеини, например протеини на Bence-Jones, миеломни глобулини, фрагменти от имуноглобулини от различни класове.

Протеините на Bence Jones са или единични κ или λ вериги, или димери от две идентични вериги, свързани с единична дисулфидна връзка; те се отделят с урината.

Миеломни глобулини се откриват във високи концентрации в плазмата на пациенти с мултиплен миелом; техните H и L вериги имат уникална последователност. Едно време се приемаше, че миеломните глобулини са патологични имуноглобулини, характерни за тумора, в който се образуват, но сега се смята, че всеки от тях е един от отделните имуноглобулини, произволно „избрани“ от хилядите образувани нормални антитела в човешкото тяло.

Определена е пълната аминокиселинна последователност на няколко отделни имуноглобулини, включително миеломни глобулини, протеини на Bence Jones и леките и тежките вериги на същия миеломен имуноглобулин. За разлика от антителата на здрав човек, всички протеинови молекули от всяка посочена група имат една и съща аминокиселинна последователност и са едно от много хиляди възможни антитела в индивида.

Хибридоми и моноклонални антитела

Получаването на антитела за човешки нужди започва с имунизиране на животните. След няколко инжекции на антигена (в присъствието на стимуланти на имунния отговор) в кръвния серум на животните се натрупват специфични антитела. Такива серуми се наричат ​​имунни серуми. От тях чрез специални методи се изолират антитела.

Въпреки това, имунната система на животното произвежда специални антитела срещу огромно разнообразие от антигени. Тази способност се основава на наличието на разнообразие от лимфоцитни клонове, всеки от които произвежда антитела от същия тип с тясна специфичност. Общият брой на клонингите при мишките например достига 10^7 –10^10 градуса.

Следователно имунните серуми съдържат много молекули на антитела с различна специфичност, т.е. имащи афинитет към много антигенни детерминанти. Антителата, получени от имунни серуми, са насочени както срещу антигена, който е бил имунизиран, така и срещу други антигени, с които се е сблъсквало животното донор.

За съвременния имунохимичен анализ и клинична употреба специфичността и стандартизацията на използваните антитела са много важни. Необходимо е да се получат абсолютно идентични антитела, което не може да се направи с помощта на имунни серуми.

През 1975 г. J. Köhler и S. Milstein решават този проблем, като предлагат метод за производство на хомогенни антитела. Те разработиха така наречената "хибридомна технология" - техника за производство на клетъчни хибриди (хибридома). С помощта на този метод се получават хибридни клетки, които могат да се размножават неограничено и да синтезират антитела с тясна специфичност - моноклонални антитела.

За да се получат моноклонални антитела, плазмоцитни туморни клетки (плазмоцитом или мултиплен миелом) се сливат с клетки от далака на имунизирано животно, най-често мишка. Технологията на Köhler и Milstein включва няколко етапа.

Мишките се инжектират със специфичен антиген, който предизвиква производството на антитела срещу този антиген. Далаците на мишката се отстраняват и хомогенизират, за да се получи клетъчна суспензия. Тази суспензия съдържа В клетки, които произвеждат антитела срещу приложения антиген.

След това клетките от далака се смесват с миеломни клетки. Това са туморни клетки, които са способни да растат непрекъснато в култура; те също нямат резервен път за синтез на нуклеотиди. Някои клетки от далака, произвеждащи антитела, и миеломни клетки се сливат, за да образуват хибридни клетки. Тези хибридни клетки вече могат да растат непрекъснато в култура и да произвеждат антитела.

Сместа от клетки се поставя в селективна среда, която позволява само хибридни клетки да растат. Неслетите миеломни клетки и В-лимфоцитите умират.

Хибридните клетки пролиферират, образувайки хибридомен клон. Хибридомите се тестват за производство на желаните антитела. Избраните хибридоми след това се култивират, за да произведат големи количества моноклонални антитела, които са свободни от външни антитела и са толкова хомогенни, че могат да бъдат третирани като чисти химически реагенти.

Трябва да се отбележи, че антителата, произведени от една хибридомна култура, се свързват само с една антигенна детерминанта (епитоп). В тази връзка е възможно да се получат толкова моноклонални антитела към антиген с няколко епитопа, колкото има антигенни детерминанти. Също така е възможно да се изберат клонове, които произвеждат антитела само с една желана специфичност.

Развитието на технологията за производство на хибридоми беше от революционно значение в имунологията, молекулярната биология и медицината. Това позволи създаването на напълно нови научни направления. Благодарение на хибридомите се откриха нови пътища за изследване и лечение на злокачествени тумори и много други заболявания.

В момента хибридомите са се превърнали в основния източник на моноклонални антитела, използвани във фундаменталните изследвания и в биотехнологиите за създаване на тестови системи. Моноклоналните антитела се използват широко в диагностиката на инфекциозни заболявания на селскостопански животни и хора.

Благодарение на моноклоналните антитела ензимните имуноанализи, имунофлуоресцентните реакции, методите на поточната цитометрия, имунохроматографията и радиоимунологичните анализи станаха рутинни.

Разработени са много технологии за подобряване на синтеза на антитела. Това са технологии за рекомбинация на ДНК, методи за клониране на клетки и други трансгенни технологии. През 90-те години, използвайки методи на генно инженерство, беше възможно да се сведе до минимум процентът на миши аминокиселинни последователности в изкуствено синтезирани антитела. Благодарение на това, освен миши, са получени химерни, хуманизирани и напълно човешки антитела.

ОБАДЕТЕ СЕ!

Специфичност - това е способността на антигена да взаимодейства със строго определени антитела или антигенни рецептори на лимфоцитите.

В този случай взаимодействието не се осъществява с цялата повърхност на антигена, а само с неговата малка част, която се нарича „антигенна детерминанта“ или „епитоп“. Една антигенна молекула може да има от няколко единици до няколкостотин епитопи с различна специфичност. Броят на епитопите определя валентността на антигена. Например: яйчният албумин (М 42 000) има 5 епитопа, т.е. 5-валентен, тиреоглобулин протеин (М 680 000) - 40-валентен.

В протеиновите молекули епитопът (антигенна детерминанта) се образува от набор от аминокиселинни остатъци. Размерът на антигенната детерминанта на протеините може да включва от 5 - 7 до 20 аминокиселинни остатъка. Епитопите, които се разпознават от антигенните рецептори на В и Т лимфоцитите, имат свои собствени характеристики.

В-клетъчните епитопи от конформационен тип (образувани от аминокиселинни остатъци от различни части на протеиновата молекула, но близки в пространствената конфигурация на протеиновата глобула) са разположени на външната повърхност на антигена, образувайки бримки и издатини. Обикновено броят на аминокиселините или захарите в един епитоп е от 6 до 8. Рецепторите за разпознаване на антиген на В клетките разпознават нативната конформация на епитопа, а не линейна последователност от аминокиселинни остатъци.

Т-клетъчните епитопи са линейна последователност от аминокиселинни остатъци, които съставляват част от антиген и включват по-голям брой аминокиселинни остатъци в сравнение с В-клетъчните епитопи. Разпознаването им не изисква запазване на пространствената конфигурация.

Имуногенност - способността на антигена да индуцира имунната защита на макроорганизма. Степента на имуногенност се определя от следните фактори:

• Чуждостта . За да може дадено вещество да действа като имуноген, то трябва да бъде разпознато като „несвое“. Колкото по-чужд е антигенът, т.е. колкото по-малко е подобен на собствените структури на тялото, толкова по-силен е имунният отговор, който предизвиква. Например, синтезът на антитела срещу говежди серумен албумин е по-лесен за индуциране при заек, отколкото при коза. Зайците принадлежат към разреда на зайцеподобните и са по-отдалечени във филогенетичното си развитие от козата и бика, които принадлежат към парнокопитните.
• Естество на антигена . Най-мощните имуногени са протеините. Чистите полизахариди, нуклеинови киселини и липиди имат слаби имуногенни свойства. В същото време липополизахаридите, гликопротеините и липопротеините са способни да активират достатъчно имунната система.
• Молекулна маса . При равни други условия по-голямото молекулно тегло на антигена осигурява по-голяма имуногенност. Антигените се считат за добри имуногени, ако тяхното молекулно тегло е повече от 10 kDa. Колкото по-високо е молекулното тегло, толкова повече места на свързване (епитопи), което води до повишаване на интензивността на имунния отговор.

• Разтворимост. Корпускулярните антигени, свързани с клетки (еритроцити, бактерии), обикновено са по-имуногенни. Разтворимите антигени (серумен албумин) също могат да бъдат силно имуногенни, но се изчистват по-бързо. За да се увеличи времето на престоя им в организма, необходимо за развитието на ефективен имунен отговор, се използват адюванти (депозиращи вещества). Адювантите са вещества, които се използват за подобряване на имунния отговор, например течен парафин, ланолин, алуминиев хидроксид и фосфат, калиева стипца, калциев хлорид и др.
• Химическа структура на антигена . Увеличаването на броя на ароматните аминокиселини в синтетичните полипептиди повишава тяхната имуногенност. С еднакво молекулно тегло (около 70 000), албуминът е по-силен антиген от хемоглобина. В същото време протеинът колаген, чието молекулно тегло е 5 пъти по-голямо от това на албумина и възлиза на 330 000, има значително по-малка имуногенност в сравнение с албумина, което несъмнено се дължи на структурните особености на тези протеини.

СИСТЕМА ЗА ИМУНОБИОЛОГИЧЕН НАДЗОР

Биологичното значение на системата за имунобиологичен надзор на IBN се състои в контрола (надзора) на индивидуалния и хомогенен клетъчен и молекулен състав на тялото.

Откриването на носител на чужда генетична или антигенна информация (молекули, вируси, клетки или техни фрагменти) е придружено от неговото инактивиране, унищожаване и, като правило, елиминиране. В същото време клетките на имунната система са в състояние да запазят „памет“ за този агент.

Повтарящият се контакт на такъв агент с клетките на системата IBN предизвиква развитието на ефективен отговор, който се формира с участието както на специфични имунни защитни механизми, така и на неспецифични фактори на резистентност на организма (фиг. 1).

Ориз. 1. Структура на системата за имунобиологичен надзор на организма. НК - естествени убийци (естествени убийци). А клетките са антиген представящи клетки.

Основните идеи в системата за механизмите за наблюдение на индивидуалния и хомогенен антигенен състав на тялото включват понятията Ag, имунитет, имунна система и система от неспецифични защитни фактори на тялото.

Антигени

Първоначалната връзка в процеса на формиране на имунен отговор е разпознаването на чужд агент - антиген (Ag). Произходът на този термин се свързва с периода на търсене на агенти, вещества или „тела“, които неутрализират факторите, причиняващи заболяването, и по-конкретно става дума за токсина на дифтерийния бацил. Тези вещества първо бяха наречени „антитоксини“ и скоро беше въведен по-общият термин „антитела“. Факторът, водещ до образуването на "антитяло", е обозначен като "антиген".

Антиген- вещество от екзо- или ендогенен произход, което причинява развитието на имунни реакции (хуморални и клетъчни имунни отговори, реакции на свръхчувствителност от забавен тип и формиране на имунологична памет).

Като се има предвид способността на Ags да предизвикват толерантност, имунен или алергичен отговор, те също се наричат ​​съответно толерогени, имуногени или алергени.

Различните резултати от взаимодействието между Ag и организма (имунитет, алергия, толерантност) зависят от редица фактори: от свойствата на самия Ag, условията на взаимодействието му с имунната система, състоянието на реактивност на организма , и други (фиг. 2).

Ориз. 2. Потенциални ефекти на антигена в организма.

Антигенна детерминанта

Образуването на Ab и сенсибилизацията на лимфоцитите не се причинява от цялата Ag молекула, а само от специална част от нея - антигенната детерминанта или епитоп. В повечето протеинови Ags такава детерминанта се образува от последователност от 4–8 аминокиселинни остатъка, а в полизахаридните Ags - 3–6 хексозни остатъка. Броят на детерминантите за един Ag може да бъде различен. Така яйчният албумин има най-малко 5 от тях, дифтерийният токсин има най-малко 80, а тиреоглобулинът има повече от 40.

Видове антигени

В съответствие със структурата и произхода Ag се разделя на няколко вида.

В зависимост от структурата се разграничават протеинови и непротеинови Ag.

1). Протеини или сложни вещества (гликопротеини, нуклеопротеини, липиди). Техните молекули могат да имат няколко различни антигенни детерминанти;

2). Веществата, които не съдържат протеин, се наричат ​​хаптени. Те включват много моно-, олиго- и полизахариди, липиди, гликолипиди, изкуствени полимери, неорганични вещества (съединения на йод, бром, бисмут) и някои лекарства. Самите хаптени са неимуногенни. Въпреки това, след като се прикрепят (обикновено ковалентно) към носител - протеинова молекула или протеинови лиганди на клетъчните мембрани - те придобиват способността да предизвикват имунен отговор. Молекулата на хаптен обикновено съдържа само една антигенна детерминанта.

В зависимост от произхода се разграничават екзогенни и ендогенни Ag.

1. Екзогенен Agразделени на инфекциозни и неинфекциозни.

б) Неинфекциозни (чужди протеини; белтъчносъдържащи съединения; Ag и хаптени в прах, хранителни продукти, полени, редица лекарства).

2. Ендогенни Ag(автоантигени) се появяват, когато протеините и протеин-съдържащите молекули на собствените клетки, неклетъчните структури и телесните течности са увредени, когато хаптените са конюгирани с тях, в резултат на мутации, водещи до синтеза на анормални протеини, и когато имунната системни неизправности. С други думи, във всички случаи, когато Ag се признава за чужд.

Имунитет

В имунологията терминът "имунитет" се използва в три значения.

2. Да се ​​посочат реакциите на IBN системата срещу Ag.

3. Да се ​​обозначи физиологичната форма на имуногенна реактивност на организма, наблюдавана при контакт на клетките на имунната система с генетично или антигенно чужда структура. В резултат на това тази структура е обект на унищожаване и като правило се елиминира от тялото.

Имунната система

Имунната система- комплекс от органи и тъкани, съдържащи имунокомпетентни клетки и осигуряващи антигенната индивидуалност и хомогенност на тялото чрез откриване и, като правило, унищожаване и елиминиране на чужд Ag от него. Имунната система се състои от централни и периферни органи.

Към централните (първични) органи включват костен мозък и тимусна жлеза. Те претърпяват независимо от антигена делене и узряване на лимфоцити, които впоследствие мигрират към периферните органи на имунната система.

Към периферните (вторични) органи включват далака, лимфните възли, сливиците и лимфоидните елементи на редица лигавици. В тези органи възниква както антиген-независима, така и антиген-зависима пролиферация и диференциация на лимфоцити. По правило зрелите лимфоцити първо влизат в контакт с Ag в периферните лимфоидни органи.

† Колонизацията на периферните органи на имунната система от Т- и В-лимфоцити, идващи от централните органи на имунната система, не се случва хаотично. Всяка популация от лимфоцити мигрира от кръвоносните съдове към определени лимфоидни органи и дори към различни области от тях. По този начин В-лимфоцитите преобладават в далака (в червената му пулпа, както и по периферията на бялото) и пейеровите петна на червата (в центровете на фоликулите), а Т-лимфоцитите преобладават в лимфните възли ( в дълбоките слоеве на кората им и в перифоликуларното пространство) .

† В тялото на здрав човек по време на процеса на лимфопоеза се образуват повече от 10 9 разновидности на хомогенни клонове на лимфоцити. Освен това, всеки клон експресира само един тип специфичен антиген-свързващ рецептор. Повечето лимфоцити в периферните органи на имунната система не са трайно прикрепени към тях. Те непрекъснато циркулират с кръв и лимфа както между различните лимфоидни органи, така и във всички други органи и тъкани на тялото. Такива лимфоцити се наричат ​​рециркулиращи лимфоцити.

† Биологично значение на рециклирането на Т- и В-лимфоцитите:

‡ Първо, прилагането на постоянно наблюдение на антигенните структури на тялото.

‡ На второ място, осъществяването на междуклетъчни взаимодействия (сътрудничество) на лимфоцити и мононуклеарни фагоцити, което е необходимо за развитието и регулирането на имунните реакции.

ХУМОРАЛНИ ФАКТОРИ НА АДАПТИВНИЯ ИМУНИТЕТ

Хуморален имунитет– една от формите на придобит имунитет. Играе важна роля в противоинфекциозната защита на организма и се определя от специфични антителаразработен в отговор на чужд антиген. Смята се, че патогенните микроорганизми, които се размножават извънклетъчно в тялото, като правило определят хуморалния имунитет.

Антигени. Класификация на антигените

Антигени- Това са високомолекулни съединения. Когато попаднат в тялото, те предизвикват имунна реакция и взаимодействат с продуктите на тази реакция: антитела и активирани лимфоцити.

Класификация на антигените.

1. По произход:

1) естествени (протеини, въглехидрати, нуклеинови киселини, бактериални екзо- и ендотоксини, антигени на тъкани и кръвни клетки);

2) изкуствени (динитрофенилирани протеини и въглехидрати);

3) синтетични (синтезирани полиаминокиселини, полипептиди).

2. По химическа природа:

1) протеини (хормони, ензими и др.);

2) въглехидрати (декстран);

3) нуклеинови киселини (ДНК, РНК);

4) конюгирани антигени (динитрофенилирани протеини);

5) полипептиди (полимери на а-аминокиселини, съполимери на глутамин и аланин);

6) липиди (холестерол, лецитин, които могат да действат като хаптен, но когато се комбинират с кръвни серумни протеини, те придобиват антигенни свойства).

3. По генетична връзка:

1) автоантигени (идват от тъканите на собственото тяло);

2) изоантигени (идват от генетично идентичен донор);

3) алоантигени (получени от несвързан донор от същия вид);

4) ксеноантигени (получени от донор от различен вид).

4. По естеството на имунния отговор:

1) тимус-зависими антигени (имунният отговор зависи от активното участие на Т-лимфоцитите);

2) тимус-независими антигени (задействат имунния отговор и синтеза на антитела от В-клетки без Т-лимфоцити).

Също така се отличава:

1) Външни антигени; влизат в тялото отвън. Това са микроорганизми, трансплантирани клетки и чужди частици, които могат да попаднат в тялото по хранителен, инхалаторен или парентерален път;

2) Вътрешни антигени; възникват от увредени молекули на тялото, които се разпознават като чужди;

3) Скрити антигени - определени антигени (например нервна тъкан, протеини на лещата и сперма); анатомично отделени от имунната система чрез хистохематични бариери по време на ембриогенезата; не възниква толерантност към тези молекули; навлизането им в кръвта може да доведе до имунен отговор.

Имунологична реактивност срещу променени или латентни собствени антигени възниква при някои автоимунни заболявания.

Свойства на антигените

Антигените се делят на:

1. Пълен (имуногенен),винаги проявяващи имуногенни и антигенни свойства,

2. Непълни (хаптени),неспособни самостоятелно да произведат имунен отговор.

1. Специфичност– структури, които специфично разграничават един антиген от друг. Специфично място - антигенна детерминанта (или епитоп) селективно реагира с рецептори и по-специално с антигени. Колкото повече епитопи, толкова по-голяма е вероятността за имунен отговор.

2. Антигенност– селективна реакция със специфични антитела или антиспецифични клетки, способността да се индуцира имунен отговор в специфичен организъм.

3. Чуждостта– без него няма антигенност.

4. Имуногенност– способност за създаване на имунитет; зависи: от генетичните характеристики, от размера, от броя на епитопите.

5. Толерантност– алтернатива при създаване на имунитет; липса на имунен отговор; имунният отговор към антигените не реагира - алергия на ниво тяло - имунологичен толеранс.

Видове антигени

1. Антигени на бактерии:

1) Групово-специфични (намерени в различни видове от един и същи род или семейство);

2) Видово специфични (среща се в различни представители на един и същи вид);

3) Типоспецифични (определяне на серологични варианти - серовари, антигеновари - в рамките на един вид).

2. Антигени на вируси:

1) Суперкапсидни антигени - повърхностна обвивка;

2) Протеинови и гликопротеинови антигени;

3) Капсид - обвивка;

4) Нуклеопротеинови (ядрени) антигени.

3. Хетероантигени– антигенни комплекси, общи за представители на различни видове или общи антигенни детерминанти на комплекси, които се различават по други свойства. Могат да възникнат кръстосани имунологични реакции поради хетероантигени. Микробите от различни видове и хората имат общи антигени, които са сходни по структура. Тези явления се наричат ​​антигенна мимикрия.

4. Суперантигени- това е специална група антигени, които в много малки дози предизвикват поликлонална активация и пролиферация на голям брой Т-лимфоцити. Суперантигени са бактериални ентеротоксини, стафилококови, холерни токсини и някои вируси (ротавируси).

Специфичната част от антиген или хаптен, която реагира с имунната система, се нарича антигенна детерминанта или епитоп. Обикновено е малка част от молекулата и често се състои само от няколко (четири до осем) аминокиселини или захарни остатъци. Една антигенна молекула може да носи няколко различни епитопа, всеки с характерна, твърдо фиксирана конфигурация, която се определя от първичната, вторичната или третичната структура на молекулата. Тези различни антигенни детерминанти се разпознават поотделно от имунната система и антителата, които се синтезират, реагират само с един епитоп (т.е. те са специфични).

Видове антигени

А. Външни антигени:антигените могат да бъдат външни, тоест да влизат в тялото отвън; те включват микроорганизми, трансплантирани клетки и чужди частици, които могат да влязат в тялото чрез хранителни, инхалационни или парентерални пътища.

B. Вътрешни антигени:вътрешните антигени възникват от увредени молекули на тялото (например, когато се комбинират с хаптен, когато собствените им молекули са частично денатурирани или когато клетките се трансформират по време на образуването на тумор), които се разпознават като „чужди“.

Б. Скрити антигени:Някои антигени (например нервна тъкан, протеини на лещата и сперматозоиди) са анатомично отделени от имунната система чрез хисто-хематологични бариери в началото на ембриогенезата; следователно не възниква толерантност към тези молекули и навлизането им в кръвния поток в постнаталния период може водят до имунен отговор. Имунологична реактивност срещу променени или латентни собствени антигени възниква при някои автоимунни заболявания.

Разпознаване на антиген

За да се развие имунен отговор, външните антигени трябва първо да бъдат разпознати от имунната система. Механизмите на разпознаване не са достатъчно проучени, те зависят от природата (вида) на антигена, пътя на проникването му в тялото и др. Оптималният имунен отговор към най-голям брой антигени възниква само след взаимодействието на антигена с макрофагите, Т- и В-лимфоцитите (фиг. 10.1). Макрофагът играе ролята на клетка, която "обработва" антигена. Дендритните ретикуларни клетки в лимфоидните фоликули и интердигитиращите ретикуларни клетки в паракортикалната зона на лимфните възли също се смятат за специализирани макрофаги, адаптирани да „обработват“ антигени за В и Т клетки, съответно (вижте по-долу).

„Лечение“ означава, че антигенът, абсорбиран от макрофага, отново се извежда на неговата повърхност в комплекс с молекулата на МНС (основен комплекс за хистосъвместимост).

Антигенните рецептори на Т клетките разпознават комбинацията антиген-МНС молекула върху макрофага, което води до активиране на Т клетки и освобождаване на различни лимфокини (Таблица 10.3). Т-хелперите разпознават антигена в комплекс с молекулата на МНС клас II, а Т-супресорите - с молекулата на МНС клас I. Типичната форма на В-клетъчно активиране (зависима от Т-клетките) включва нейното взаимодействие както с макрофагите, така и с Т-клетките. В-клетките разпознават някои многовалентни антигени директно (Т-клетъчно независими антигени).

КЛЕТЪЧНА ОСНОВА НА ИМУННИЯ ОТГОВОР

Лимфоидна система

Имунният отговор се осъществява от лимфоидната система на тялото, която е разделена на централни и периферни органи на имуногенезата.

Централни органи на имуногенезата

Централните органи на имуногенезата включват тимуса и костния мозък, в които първоначалните, полустволови лимфоидни клетки възникват в пренаталния период (през този период възникват разнообразие и толерантност). Смята се, че при хората окончателното развитие на разнообразието и толерантността ще бъде завършено в рамките на няколко месеца след раждането).

Периферни органи на имуногенезата

Периферните органи на имуногенезата включват лимфни възли, далак, пръстен на Пирогов-Валдейер (фарингеални сливици) и лимфни фоликули в чревните стени, в които се натрупват зрели лимфоцити, които реагират на антигенна стимулация.

Периферната кръв също съдържа лимфоцити. Циркулиращите лимфоцити представляват група от клетки, които непрекъснато се обменят с клетките на периферната лимфоидна тъкан.

ЛИМФОЦИТИ

Лимфоцитите се образуват в ембрионалния период от лимфоидния зародиш в костния мозък. Лимфоцитите могат да бъдат класифицирани въз основа на това къде се развиват: 1) Т-лимфоцити (зависими от тимуса) се развиват в тимуса и 2) В-лимфоцити, които се развиват извън тимуса. В-лимфоцитите се развиват при птиците в Бурсата на Фабрициус ( бурса- чанта, оттук и терминът "В-клетки"); функционалният еквивалент при хората е фетален черен дроб или костен мозък.

Неактивните малки лимфоцити са клетки с диаметър приблизително 8-10 микрона, с малък обем цитоплазма и сферично ядро, което заема почти цялата клетка. Ядрото съдържа кондензиран хроматин, който изглежда отчетливо базофилен при конвенционално оцветяване. Всички неактивни популации от лимфоцити са морфологично сходни една с друга и могат да бъдат диференцирани само чрез имунологични и имуноморфологични методи (Таблица 10.1).

Т лимфоцити (Т клетки)

A. Разпределение на Т клетките в тялото:Т-лимфоцитите възникват в ембрионалния тимус. В постембрионалния период, след узряване, Т-лимфоцитите се установяват в Т-зоните на периферната лимфоидна тъкан. Тези области включват:

Паракортикална зона на лимфните възли и пространството между лимфоидните фоликули (70% от лимфоцитите в лимфните възли са Т-лимфоцити);

Периартериални зони на лимфоидни фоликули в бялата пулпа на далака (40% от лимфоцитите на далака са Т клетки).

Т-лимфоцитите непрекъснато и активно циркулират между периферната кръв и периферната лимфоидна тъкан. Между 80 и 90 процента от лимфоцитите на периферната кръв са Т клетки.

Б. Трансформация на Т клетки:След стимулиране (активиране) от специфичен антиген, Т-лимфоцитите се трансформират в големи, активно делящи се клетки, наречени трансформирани Т-лимфоцити или Т-имунобласти, от които след това възникват изпълнителните Т-клетки. Т-имунобластите са с диаметър 15-20 µm, с голям обем цитоплазма и неправилно ядро ​​със светъл хроматин и ядро; ядрото се намира в центъра на клетката. Т-имунобластите могат да бъдат разграничени от В-имунобластите само чрез имуноморфологични методи. Ефекторните Т клетки са морфологично подобни на неактивните малки лимфоцити и често се наричат ​​сенсибилизирани клетки, цитотоксични клетки или Т клетки убийци.

Този процес на Т-клетъчна трансформация съставлява етапа на развитие (усилване) на имунния отговор (фиг. 10.1), по време на който няколко Т-клетки, носещи рецептори, които разпознават даден специфичен антиген, образуват голям клонинг на изпълнителни Т-клетки, активни срещу същия антиген себе си, защото имат съответен рецептор. Пълният процес на активиране на Т клетките започва, когато макрофагите прихванат антигена и чрез някакъв механизъм, който все още не е добре разбран, „обработват“ антигена и го реекспортират към клетъчната повърхност във връзка с МНС молекули, преди да взаимодействат с Т клетката. Разпознаването става само когато Т-клетката носи специфичен рецептор, способен да разпознае комплекса антиген-МНС молекула.

Б. Функции на ефекторните Т клетки:ефекторните Т клетки играят важна роля в три функции на имунната система:

Клетъчен имунитет;

Регулиране активността на В клетките;

Свръхчувствителност от забавен (IV) тип.

1. Клетъчен имунитет:включва два основни аспекта:

- цитотоксичните клетки, носещи повърхностни антигени, причиняват директно увреждане на клетките (цитотоксични клетки или клетки убийци). Директната цитотоксичност възниква при имунологични отговори на антигени на повърхността на неопластични клетки, трансплантирани тъкани и инфектирани с вирус клетки. Цитотоксичните Т клетки вероятно причиняват лизис чрез образуване на пори в цитоплазмените мембрани на антиген-положителни клетки.

- Производство на лимфокини: Изпълнителните Т-клетки играят критична роля в оформянето на имунния отговор, като произвеждат разтворими протеини (лимфокини), които регулират функциите на определени клетки, като макрофаги и други лимфоцити (Таблица 10.3).

2. Регулиране на активността на В-лимфоцитите:два важни подтипа Т-лимфоцити участват в регулирането на функцията на В-лимфоцитите.

Помощни Т-клетки (CD4 антиген-позитивни) помагат за активирането и трансформацията на В-лимфоцитите и за синтеза на имуноглобулини. Супресорните Т клетки (CD8 антиген-положителни) инхибират активирането на В клетките и регулират синтеза на имуноглобулини. Помощните и супресорните Т клетки също упражняват подобни регулаторни влияния върху клетъчния имунитет. Въпреки това, подтип CD4-позитивни „помощни“ клетки може да има чисто супресивен ефект чрез стимулиране на CD8-позитивни супресорни клетки. Нормалното съотношение на хелперните Т-клетки към супресорните Т-клетки (съотношение CD4/CD8) в периферната кръв е 0,9–2,7, с леки вариации при много младите и много старите. Това съотношение може да бъде значително намалено при някои заболявания, включително имунодефицитни нарушения, забавена свръхчувствителност тип IV и HIV инфекция.

D. Морфологична идентификация на Т-лимфоцитни субпопулации:Т-лимфоцитите и техните подтипове са морфологично неразличими един от друг или от В-лимфоцитите и се характеризират с наличието на антигени, които действат като имунологични маркери. Тези антигени могат да бъдат открити чрез специфични моноклонални антитела (Таблица 10.1). Използването на тези антитела в метода на имунофлуоресценция или имунопероксидаза също дава възможност да се определи локализацията на различни Т-субпопулации на лимфоцити в лимфоидната тъкан. Генетичните техники, които откриват пренареждането на гените на Т-клетъчния рецептор, също помагат при идентифицирането на Т-клетките. Други методи, като теста с Е-розетка, вече са остарели.

В лимфоцити

A. Разпределение на В клетките в тялото:В лимфоцитите се развиват във функционалния еквивалент на птичата бурса на Фабрициус (вероятно в ембрионалния костен мозък на бозайници), преминавайки през сложен процес, който включва пролиферация и разделяне на класове. След това В-лимфоцитите се разпространяват чрез кръвния поток до В-области на периферната лимфоидна тъкан. Тези области включват: 1) реактивни (вторични или зародишни) центрове на фоликули и синуси на медулата на лимфните възли (30% от лимфоцитите в лимфните възли са В-клетки); 2) реактивни центрове във фоликулите на бялата пулпа на далака (40% от лимфоцитите на далака са В-клетки). Терминът "първичен фоликул" се използва за означаване на колекция от В клетки в лимфните възли или далака, които не проявяват пролиферативна активност. Подобно на Т клетките, В клетките също постоянно циркулират между лимфоидната тъкан и периферната кръв, но по-малко активно. В-клетките съставляват 10-20% процента от общия брой лимфоцити в периферната кръв.

Б. Трансформация на В клетки:След стимулация със специфичен антиген В-лимфоцитите се трансформират в плазмени клетки. Този процес протича на етапи, с образуването на редица междинни форми, които образуват реактивния (герминативен) център на фоликула. Плазмените клетки синтезират имуноглобулини (антитела), които са специфични за антигена. Образуването на циркулиращи антитела, специфични за антигени, е в основата на придобития имунитет, наречен хуморален имунитет.

Б. Морфологична идентификация на В клетки:Плазмените клетки са ефекторни (изпълнителни) В клетки. Плазмоцитите имат характерна морфологична структура (Таблица 10.2). Плазмоцитите имат размери 12-15 микрона в диаметър, базофилна цитоплазма (базофилията се обяснява с наличието на голямо количество РНК, необходима за синтеза на имуноглобулини), в която се намира зоната на Голджи, видима като бледа зона, разположена до ядрото, разположено ексцентрично; Хроматинът в ядрото е разположен под формата на големи бучки по периферията (под формата на „колело“ или „циферблат“). Имуноглобулините могат да бъдат открити в цитоплазмата чрез имунологични методи.

Други В-лимфоцити могат да бъдат идентифицирани само чрез имунологични, имуноморфологични и генетични методи. Имунофлуоресцентни или имунопероксидазни методи, използващи антитела срещу човешки имуноглобулин, откриват наличието на повърхностен имуноглобулин (върху зреещи В клетки) и цитоплазмен имуноглобулин (в плазмени клетки). Използват се и специфични моноклонални антитела, които реагират с В клетки (Таблица 10.1). Генетичните техники, които откриват наличието на пренаредени имуноглобулинови гени, също могат да помогнат за идентифицирането на В лимфоцити.

Нулеви клетки (NK клетки и К клетки)

Нулевите клетки са хетерогенна група лимфоцити, които нямат способността да образуват Е-розетки (имуноанализ, използван преди това за идентифициране на Т-лимфоцити) и не носят повърхностен имуноглобулин (следователно небелязани или „нулеви“ клетки). Тази група включва някои клетки, които очевидно са Т или В клетки, както наскоро беше показано чрез техники за генетични и моноклонални антитела, но обозначаването на тези клетки е изоставено. Популацията от „нулеви“ клетки представлява Т и В клетки, които са в ранен етап на диференциация, преди появата на голям брой маркери на тяхната повърхност. „Нулевите“ клетки съставляват 5-10% от всички лимфоцити на периферната кръв.

Някои "нулеви" клетки имат цитотоксична активност и се наричат ​​естествени клетки убийци (NK); те могат да унищожат някои чужди клетки, дори ако тялото никога не е срещало този антиген. Други (наречени К-клетки) участват в разрушаването на клетки от антитела (антитяло-зависима клетъчно-медиирана цитотоксичност (ADCC)).

Има доказателства, че дейностите, проявени от NK клетките и К клетките, са 2 различни функции на един и същи клетъчен тип. NK клетките могат да играят защитна роля в туморния процес чрез елиминиране на потенциално неопластични клетки.

МАКРОФАГИ (кръвни моноцити и тъканни хистиоцити)

А. Разпределение в тялото:Макрофагите са различни от лимфоцитите, но също така играят важна роля в имунния отговор, както като клетки, обработващи антигена, когато настъпи отговорът, така и като фагоцити в изпълнителната роля. В кръвта те се наричат ​​моноцити; в тъканите - хистиоцити или тъканни макрофаги. Изследванията на хематопоезата в костния мозък на животни и хора са установили, че всички макрофаги възникват от моноцитни прекурсори в костния мозък. Макрофагите се намират във всички тъкани на тялото (хистиоцити), както и в лимфните възли, където са разположени както дифузно, така и фиксирано в субкапсулното пространство и в синусите на медулата. Тъканните макрофаги се намират и в синусите на червената пулпа на далака. В черния дроб макрофагите са известни като клетки на Купфер, в белите дробове като алвеоларни макрофаги, а в мозъчната тъкан като микроглия. В периферната кръв и костния мозък те се откриват под формата на моноцити и техните прекурсори. Дендритните ретикуларни клетки във фоликулите на лимфните възли и интердигитиращите ретикуларни клетки в паракортикалната зона са специализирани антигенни „обработващи“ клетки съответно за В и Т лимфоцити. Въпреки че произходът им е неизвестен, се предполага, че са макрофаги. В по-старата литература терминът "ретикулоендотелна система" се използва за обозначаване на тези типове клетки.

B. Идентифициране на макрофаги: макрофагите съдържат множество цитоплазмени ензими и могат да бъдат идентифицирани в тъканите чрез хистохимични методи, които откриват тези ензими. Някои ензими, като мурамидаза (лизозим) и химотрипсин, могат да бъдат открити чрез тест за белязани антитела (имунохистохимия), който използва антитела срещу ензимните протеини. Такива моноклонални антитела срещу различни CD антигени се използват широко за идентифициране на макрофаги (Таблица 10.1; CD11, CD68).

Б. Функции на макрофагите: Функциите на макрофагите включват фагоцитоза, обработка на антигени и взаимодействие с цитокини.

1. Фагоцитоза:

Неимунна фагоцитоза:макрофагите са способни да фагоцитират чужди частици, микроорганизми и остатъци от увредени клетки директно, без да предизвикват имунен отговор. Въпреки това, фагоцитозата на микроорганизмите и тяхното унищожаване са значително улеснени от наличието на специфични имуноглобулини, комплемент и лимфокини, които се произвеждат от имунологично активирани Т-лимфоцити (Таблица 10.3).

Имунна фагоцитоза:макрофагите имат повърхностни рецептори за C3b и Fc фрагмента на имуноглобулините. Всички частици, които са покрити с имуноглобулин или комплемент (опсонизирани), се фагоцитират много по-лесно от „голите“ частици.

2. „Обработка“ на антигени:макрофагите "обработват" антигени и ги представят на В и Т лимфоцитите в необходимата форма (фиг. 10.1); това клетъчно взаимодействие включва едновременното разпознаване от лимфоцитите на МНС молекули и „обработени антигени“, намиращи се на повърхността на макрофагите.

3. Взаимодействие с цитокини:макрофагите взаимодействат с цитокините, произведени от Т-лимфоцитите (Таблица 10.3), за да защитят тялото срещу определени увреждащи агенти. Типичен резултат от такова взаимодействие е образуването на грануломи. Макрофагите също произвеждат цитокини, включително интерлевкин-1, интерферон-β и Т- и В-клетъчни растежни фактори (Таблица 10.3). Различни взаимодействия на лимфоцити и макрофаги в тъканите се проявяват морфологично по време на хронично възпаление.

ИМУНОГЛОБУЛИНИ (антитела)

Синтез на имуноглобулини:имуноглобулините се синтезират от плазмени клетки, които се образуват от трансформирани, антиген-стимулирани В-лимфоцити (В-имунобласти). Всички имуноглобулинови молекули, синтезирани от една плазмена клетка, са идентични и имат специфична реактивност срещу една антигенна детерминанта. По същия начин, всички плазмени клетки, произведени чрез трансформация и пролиферация на единичен В лимфоцитен прекурсор, са идентични; тоест те представляват клонинг. Имуноглобулиновите молекули, синтезирани от клетки от различни клонове на плазмени клетки, имат различни аминокиселинни последователности, което определя различната третична структура на молекулите и придава различна специфичност на антитялото (т.е. те реагират с различни антигени). Тези разлики в аминокиселинната последователност възникват в така наречения V (променлив, променлив) регион на имуноглобулиновата молекула (фиг. 10.3).

Структура на имуноглобулините(Фигура 10.3): Повечето имуноглобулинови молекули са съставени от две тежки (Н) вериги и две леки (L) вериги, свързани с дисулфидни връзки. Леките вериги се състоят от две k вериги или две l вериги. Тежките вериги могат да бъдат един от пет класа (IgA, IgG, IgM, IgD и IgE) (Таблица 10.4). Има няколко подкласа тежки вериги (изотипове). Тези различни имуноглобулинови вериги са антигени за животни и имат различни антигенни детерминанти, така че когато се прилагат на животни, антителата, произведени срещу тях, могат да се използват за разпознаване и откриване на различни видове леки вериги и класове тежки вериги при хора.

Всяка верига има постоянна и променлива област. Константарегионът остава постоянен в аминокиселинната последователност и антигенност в рамките на даден клас имуноглобулини; променливарегионът, напротив, се характеризира с голяма вариабилност в аминокиселинната последователност. Именно във вариабилната част на веригата протича реакцията на съединението с антигена. Всяка молекула IgG се състои от две свързани вериги, които образуват две антиген-свързващи места (фиг. 10.3). Вариабилният регион на всяка верига съдържа хипервариабилни региони - три в леките вериги и четири в тежките вериги. Вариациите на аминокиселинната последователност в тези хиперпроменливи области определят специфичността на антитялото. При определени условия тези хиперпроменливи области могат да действат и като антигени (идиотипове). Антитяло срещу идиотипи, т.е. произведен срещу хиперпроменливата област на антитела има ограничен обхват на реактивност и се свързва само с имуноглобулинови молекули, които имат тази хиперпроменлива област. По същество реактивността на антитела срещу идиотипове е ограничена изключително до специфични антитела, получени от един клонинг. Въпреки че горното се отнася стриктно за IgG, други класове имуноглобулини имат същата основна структура, с изключение на това, че IgM е пентамер (т.е. съставен от 5 основни единици (молекули), свързани в Fc краищата), а IgA обикновено съществува като димер.

Постоянен сайтВсяка имуноглобулинова молекула има рецептори за комплемент и също има място на Fc фрагмента, който се свързва с клетки, които имат Fc рецептори (което е необходимо за осъществяването на клетъчния имунитет). Наследствените антигенни различия между тежките вериги представляват алотипове. Имуноглобулиновите молекули могат да бъдат разградени на части от различни протеолитични ензими. Когато е изложена на папаин, молекулата се разделя в областта на дивергенция на тежката верига („вилици“) (фиг. 10.3) на два Fab фрагмента и един Fc фрагмент (кристализиращ). Пепсинът разгражда молекулата на F(ab)'2 фрагмент и Fc фрагмент. Fc фрагментът е постоянна област; липсата на променливост в аминокиселинната последователност е основната причина за възможността за кристализация на този фрагмент. Fab и F(ab)'2 фрагментите носят съответно едно и две антиген-свързващи места. Fc фрагментът носи специфични антигени, включително тези, които определят имунологичното разграничение на петте основни класа антитела. Мястото за фиксиране на комплемента също се намира на Fc фрагмента. Методът на ензимно смилане има историческо значение в процеса на изясняване структурата на имуноглобулините.

Регулиране на производството на антитела:Производството на антитела започва, след като В клетките се активират от антиген. Максималната концентрация на антитела в серума се наблюдава от 1 до 2 седмици и след това започва да намалява. Продължителното присъствие на свободен антиген поддържа отговора, докато повишаването на нивата на антитялото доведе до повишен клирънс на антигена и по този начин прекратяване на стимулацията на В клетките. Има и по-фини механизми за регулиране на синтеза на имуноглобулини. Т хелперните клетки (CD4 положителни) играят важна роля в регулирането на отговора на В клетките към голям брой антигени и тяхното постоянно присъствие увеличава производството на антитела. Този ефект се дължи, поне отчасти, на освобождаването на лимфокини (Таблица 10.3). Т-супресорите (CD8-положителни) имат обратен ефект, причинявайки намаляване на имунния отговор; силното потискане на реакцията може да бъде един от механизмите, лежащи в основата на толерантността. Един допълнителен регулаторен механизъм е производството на антиидиотипове (т.е. антитела срещу собствените антитела (автоантитела)). Предполага се, че при имунен отговор производството на специфично антитяло е задължително придружено от производството на второ антитяло (антиидиотип) със специфичност срещу променливите (V) последователности (идиотипове или антиген-свързващи региони) на първото антитяло. Анти-идиотипното антитяло е способно да разпознава идиотипове на В-клетъчния антигенен рецептор (който е изграден от имуноглобулин, идентичен по структура на идиотипа на първото антитяло), като по този начин се конкурира с антигена и служи за инхибиране на В-клетъчното активиране .

РАЗПОЗНАВАНЕ НА АНТИГЕНИ И ОСНОВА НА РАЗНООБРАЗИЕТО НА АНТИГЕННИТЕ РЕЦЕПТОРИ

Има голям брой различни антитела. Всички те реагират с огромен брой различни антигени. По същия начин огромен брой Т клетки разпознават огромно разнообразие от антигени. Специфичното разпознаване на антигена се извършва от лимфоцити, които имат рецептори за антигена на повърхността си. Има огромен брой рецептори с различна специфичност, които реагират с целия набор от известни антигени, но всеки лимфоцит има рецептори само за един антиген. От това следва, че има огромен брой лимфоцити (приблизително 106-109), всеки от които има един единствен тип рецептор. Антигенните рецептори на В-лимфоцитите са имуноглобулини. Действието на механизма за пренареждане на ген (виж по-долу) води до появата на различни имуноглобулинови молекули, които служат като рецептори за антигени на клетъчната повърхност и в крайна сметка представляват специфичен имуноглобулин (антитяло), който ще се секретира от плазмените клетки след настъпва имунният отговор. В опростена форма, антигенът избира лимфоцити, които имат рецептори (т.е. имуноглобулин на В-клетъчната повърхност), които му съответстват (пасват заедно като ключ към ключалка). Това взаимодействие води до разделянето и трансформацията на В-клетката и в крайна сметка до образуването на клонинг от плазмени клетки, които секретират молекули на антитела със специални места на свързване, които по същество са същите като тези, разположени на клетъчната повърхност на оригиналния лимфоцит, който разпознава антигена (фиг. 10.1). Т клетките също имат рецептори за антигени и Т клетъчните популации имат подобна степен на разнообразие. Т клетъчният рецептор се състои от двойка полипептидни вериги (а и b вериги), като всяка верига има променлива и постоянна област, така че рецепторът е подобен на В клетъчния рецептор (който е повърхностен имуноглобулин). Следователно Т-клетъчният рецептор може да се разглежда като член на „суперимуноглобулиновото семейство“, което включва не само имуноглобулини, но и други молекули, участващи в клетъчното взаимодействие и разпознаване, всички от които имат общ еволюционен произход. Разнообразието от рецептори за разпознаване на Т-клетъчен антиген се формира в ранния ембрионален период чрез механизъм на генно пренареждане, който е подобен на механизма на образуване на имуноглобулиново разнообразие. Също така, успоредно с активирането на В клетките, антигенът избира Т клетки, носещи рецептори с подходяща специфичност, и по този начин стимулира пролиферацията на специфичен клонинг на Т клетки, което води до образуването на поколение от множество ефекторни Т клетки на идентична специфика. Обърнете внимание, че разпознаването на антиген от Т-клетките е сложен процес, включващ пространствено взаимодействие на антигена с МНС молекулата върху макрофагите и Т-клетъчния антигенен рецептор с участието на CD3 и CD4 или CD8 молекули върху Т-клетките. Помощните Т клетки разпознават антигени, свързани с МНС клас II молекули, а супресорните Т клетки и цитотоксичните Т клетки разпознават антигени, свързани с МНС клас I молекули. Описани са Т клетки, носещи рецептор, съставен от гама и делта вериги, но тяхната функция е неизвестна.

ПОЯВАТА НА РАЗНООБРАЗИЕТО: МЕХАНИЗЪМЪТ НА ГЕННОТО „ПЪЛНЕНЕ“.

Разнообразието от антигенни рецептори на В и Т клетките възниква на ниво ДНК по време на диференциацията на лимфоидните прогенитори в ембрионалния период. Гените, участващи в този процес, са разположени на хромозоми 2 (k верига), 22 (l верига), 14 (тежки вериги, a и g вериги на Т-клетъчни рецептори) и 7 (b и d вериги на Т-клетъчни рецептори) . Въпреки че всеки от тези гени функционира като "генна единица" за производството на верига от полипептиди, всеки ген съществува в ДНК веригата като сложен "мултиген", състоящ се от голям брой различни ДНК сегменти, които могат да бъдат сгънати или сглобени заедно в различни модификации, което води до много различни ДНК модели. Например, мултиген на тежка верига съдържа до 200 различни V (променливи) сегменти (VH); всяко кодиране съответства на специфична аминокиселинна последователност в антиген-свързващия регион (вариабилен регион) на имуноглобулиновата тежка верига. Генът на тежката верига също така съдържа множество D (разнообразие), J (свързване) и C (постоянен) сегменти, по един за всеки подклас и клас тежки вериги (m, d, g1, g2, g3, g4, a1, a2, e ). Специален механизъм свързва по един ДНК сегмент от всяка категория, образувайки VDJC последователност, която служи като функционален ген, върху който се образува иРНК, кодираща цялата тежка верига. Леките вериги са съставени по подобен начин, с изключение на това, че не съдържат сегменти D. Генът на бета веригата на Т рецептора също съдържа множество V, D, J и C гени, кодиращи тежката верига, докато генът на алфа веригата на Т рецептора съдържа само множество V и J сегменти с един C сегмент.

РЕЗУЛТАТИ ОТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕТО НА АНТИТЕЛА С АНТИГЕНИ

Антителата могат да участват в следните реакции:

Валежи;

аглутинации;

Опсонизация;

неутрализиране;

Клетъчна цитотоксичност;

Разрушаване на клетките с участието на комплемента.

Повечето имуноглобулини (антитела) имат пряк ефект върху антигените, с които специфично реагират; например образуването на големи агрегати може да доведе до утаяване или аглутинация. Когато антигенът е токсин, взаимодействието антиген-антитяло може да предизвика неутрализиране на токсичния ефект.

В някои случаи натрупването на антитела върху повърхността на антигенната частица (опсонизация) предизвиква повишаване на фагоцитната активност на макрофагите и неутрофилите, които имат Fc рецептори на повърхността си. Този процес се нарича имунна фагоцитоза.

Взаимодействието между антиген и антитяло може да причини структурно увреждане на Fc фрагмента на имуноглобулиновата молекула, което води до активиране на комплемента.

ДОПЪЛНЕНИЕ

Активиране на комплемента.Комплементът е система от плазмени протеини (C1-C9), които съществуват в неактивна форма и съставляват приблизително 10% от кръвните глобулини. Активирането на комплемента може да се случи по един от 2 начина (фиг. 10.5):

А. Класически начин:класическият път на активиране на комплемента започва, когато IgM или IgG взаимодействат с антиген. Взаимодействието на антитяло с антиген води до фиксиране на С1 към Fc частта на молекулата на антитялото. В този случай се образува C1q и протича каскадна реакция (фиг. 10.5). Ранните компоненти (C1, 4, 2) образуват C3 конвертазата, която разцепва C3. Крайният комплекс C56789 проявява фосфолипазна активност и води до лизис на клетъчната мембрана (обърнете внимание, че пълната последователност е 1, 4, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9).

Б. Алтернативен път (пропердинов път):алтернативният път се различава от класическия път само по механизма на активиране и ранните реакции. Разцепването на С3 по алтернативния път не изисква взаимодействие антиген-антитяло или наличието на ранни (С1, С4, С2) фактори на комплемента. Каскадата се задейства от агрегирани IgG комплекси, сложни въглехидрати и бактериални ендотоксини. C3 конвертазата се образува от взаимодействието на пропердин (серумен глобулин), два други серумни фактора (B и D) и магнезиеви йони. Последователността на активиране след разцепването на C3 е същата като при класическия път.

Резултати от активиране на комплемента:Активирането на комплемента е свързано с остър възпалителен отговор, характеризиращ се с вазодилатация, повишена съдова пропускливост и ексудация на течности, медиирана от анафилотоксичните ефекти на C3a и C5a. И C3a, и C5a имат силен хемотаксичен ефект върху неутрофилите, които емигрират към зоната на възпаление. Антигенът се отстранява чрез 1) имунна фагоцитоза, която се причинява от опсонизиращото влияние на C3b, неутрофили и макрофаги, или 2) мембранен лизис, който причинява крайния продукт на каскадата на комплемента.

Рецептори на комплемента:комплементните рецептори са открити на повърхността на повечето клетки. CD11 е неутрофилен и макрофагов рецептор за C3b. CD21 е В-клетъчен рецептор за C3b. CD35 е най-широко разпространеният рецептор за C3b, открит върху червените и белите кръвни клетки; свързва имунните комплекси в плазмата.

ВИДОВЕ ИМУНЕН ОТГОВОР

В зависимост от това дали имунната система е била изложена преди това на антигена или не, се разграничават два вида имунен отговор: първичен и вторичен.

Първичен имунен отговор

Първичният имунен отговор възниква при първа среща със специфичен антиген. Въпреки че антигенът се разпознава почти веднага след влизане в тялото, минават няколко дни, преди да се произведе достатъчно имуноглобулин, за да се открие повишаване на нивата на серумния имуноглобулин. По време на този латентен период онези В клетки, чиито рецептори са реагирали със специфичен антиген, преминават през шест до осем последователни цикъла на делене, преди да се образува достатъчно голям клонинг на плазмени клетки, който секретира антитела. IgM е първият имуноглобулин, произведен по време на първичния отговор; След това се произвежда IgG. Превключването от синтеза на IgM към IgG или други имуноглобулини се случва като нормално събитие по време на активирането на В клетките и възниква в резултат на превключване в гените на тежката верига.

Имунологична памет

Паметта е основен компонент на имунния отговор, тъй като осигурява засилен, по-ефективен отговор на второто и последващо излагане на антигена на тялото.

Механизмът на имунологичната памет не е напълно установен. След антигенна стимулация настъпва пролиферация на лимфоцити (клонова експанзия), което води до образуването на голям брой изпълнителни клетки (плазмени клетки в В-клетъчната система; цитотоксични Т-клетки в Т-клетъчната система), както и други малки лимфоцити, които отново влизат в митотичен цикъл и служат за попълване на групата клетки, носещи съответния рецептор. Предполага се, че тъй като тези клетки са резултат от индуцирана от антиген пролиферация, те са способни на засилен отговор, когато се срещнат отново с антигена (тоест действат като клетки на паметта). В семейството на В клетките тези клетки могат също да претърпят превключване в синтеза от IgM към IgG, което обяснява незабавното производство на IgG от тези клетки по време на вторичния имунен отговор.

Вторичен имунен отговор

Вторичен имунен отговор възниква, когато антигенът се срещне отново. Повторното разпознаване настъпва незабавно и производството на серумни имуноглобулини, установено чрез лабораторни тестове, настъпва по-бързо (в рамките на 2-3 дни), отколкото при първоначалния отговор. IgG е основният имуноглобулин, секретиран по време на вторичния отговор. В допълнение, пиковото ниво е по-високо и спадът настъпва по-бавно, отколкото при първичния отговор.

Способността да се произвежда специфичен вторичен отговор е функция на имунологичната памет. Този специфичен отговор трябва да се разграничи от неспецифичното повишаване на нивата на имуноглобулини (срещу антигени, различни от оригиналния антиген), което може да възникне след антигенна стимулация - това е така нареченият анамнестичен отговор, който вероятно представлява случайно стимулиране на някои В клетки от лимфокини които произтичат от конкретен отговор.