Биохимические свойства иммуноглобулинов

Известно два типа лёгких цепей иммуноглобулинов — k (каппа) и l (ламбда). Соотношение количеств k и l — видоспецифичный и строго стабильный генетический признак: у человека оно равно 2:1, у мыши — 20:1, у кошки — 1:20. Отклонение от этого соотношения у отдельных особей имеет диагностическое значение, так как является скорее всего признаком опухолевого процесса — B–лейкоза. Функциональных различий между иммуноглобулинами с лёгкими k–цепями или с лёгкими l–цепями до сих пор никто не выявил.

Классы иммуноглобулинов различаются между собой по тяжёлым цепям. Тяжёлые цепи обозначают греческими буквами соответственно латинской аббревиатуре класса: для IgM — m, для IgG — g, для IgA — a, для IgE — e, для IgD — d (рис. 4.2).

Рис. 4. 2. Строение иммуноглобулинов пяти разных классов (схема). 1 — углеводные компоненты молекул иммуноглобулинов; 2 — J–цепь (от joint) — полипептидная цепь, связующая IgM в пентамер, a IgA в димер. IgA при секреции сквозь слизистые оболочки формирует димерный комплекс; IgM в крови формирует пентамерный комплекс.

Лёгкие цепи примыкают к N–концу тяжёлых цепей. C–конец тяжёлых цепей формирует Fc–фрагмент молекулы иммуноглобулина.

Вторично регулярная структура полипептидных цепей представлена доменами. Домен составляют 110 остатков АК. Каждая L–цепь состоит из двух доменов — V_L и C_L. H–цепи молекул IgG, IgD и IgA состоят каждая из 4 доменов V_H и С_H1, С_H2, С_H3. H–цепи молекул IgM и IgE имеют по «лишнему» 5-му домену. По первичной структуре C–домены похожи. Это указывает на то, что кодирующие их структурные гены когда-то произошли путём дупликаций из общего предкового гена. По данным электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа кристаллов иммуноглобулинов, цепи сплетены в «косичку». Угол между двумя симметричными антигенсвязывающими центрами молекулы подвижен в диапазоне от 0 до 100° и больше. Антигенсвязывающие участки молекулы способны к ротационному движению. Все это вместе облегчает возможность связывания Аг обоими активными центрами одновременно. Это существенно: опыт показывает, что в природе устроено так, что «достойный» иммунный ответ развивается лишь в тех случаях, когда (и если) Аг «сшивает» несколько антигенраспознающих Рц на поверхности лимфоцита.

IgM и IgA формируют полимерные структуры: IgM из 5 «рогаток» формирует пентамер, находящийся в растворе в крови; IgA из двух «рогаток» формирует димер, но не в крови, а в составе экзосекретов на слизистых оболочках. Для полимеризации IgM и IgA включают в свой состав дополнительную полипептидную цепочку с молекулярной массой 15 тыс., называемую J–цепью (joint — связь). Эта J–цепь связывает терминальные цистеины на C–концах соответственно тяжёлых m- и a–цепей IgM и IgA.

Секреция IgA через слизистые оболочки наружу происходит в процессе так называемого трансцитоза через клетки эпителия слизистых оболочек. Изотип IgA синтезируется главным образом B–лимфоцитами неинкапсулированной лимфоидной ткани слизистых оболочек ЖКТ, дыхательных путей, мочеполовых путей, слёзных, слюнных и молочных желёз. Димер IgA диффундирует сквозь базальную мембрану слизистых оболочек. На базолатеральной поверхности эпителиальных клеток слизистых оболочек экспрессированы особые Рц для молекул иммуноглобулинов, так называемые поли–Ig–Рц. Эти Рц сорбируют димеры IgA, после чего происходят эндоцитоз комплексов поли–Ig– Рц — димер IgA, трансцитоз внутри эпителиальной клетки в виде особой везикулы и экскреция этого комплекса наружу в состав слизи. При экскреции от поли–Ig–Рц отщепляется небольшой фрагмент. Бoльшая его часть остаётся в связи с димером IgA, её называют секреторным компонентом.

Папаин расщепляет молекулу иммуноглобулина выше дисульфидных связей между тяжёлыми цепями, поэтому в результате получаются два Fab–фрагмента и двухцепочный Fc–фрагмент. Пепсин расщепляет молекулу иммуноглобулина ниже дисульфидных связей между тяжёлыми цепями и в результате получается (Fàb)₂–фрагмент (двухвалентный по связыванию Аг) и одноцепочные Fc–фрагменты.

Во всех доменах молекул иммуноглобулинов есть одинаковые (общие) последовательности остатков АК. С наибольшей стабильностью в этих консервативных (или, как их ещё называют, гомологичных) последовательностях присутствует триптофан. Наличие таких консервативных общих последовательностей рассматривают как молекулярное свидетельство генетической общности: гены, кодирующие отдельные домены, произошли из общего предкового гена (путём дупликации, мультипликации и затем дивергентной эволюции). Гомологичные названным последовательности АК присутствуют, помимо иммуноглобулинов, и в молекулах других белков. Эти другие белки экспрессируются в клетках иммунной и по крайней мере нервной систем. Такой общности в структуре соответствует и общность функционального предназначения — участие в процессах молекулярного распознавания и взаимодействия клеток. Белки, содержащие последовательности АК, идентифицированные исходно в иммуноглобулинах, объединяют в одно молекулярное надсемейство — надсемейство иммуноглобулинов IgSF (immunoglobuline superfamily). Кроме самих иммуноглобулинов, к этому надсемейству относят Рц T–лимфоцитов для Аг (TCR — T–cell receptor); не все, но ряд Рц клеток для цитокинов (для ИЛ–1 тип I и II, ИЛ–6, M–CSF, c–kit [CD117]), мембранные молекулы межклеточной адгезии (ICAM–2, ICAM–3, VCAM–1), Рц клеток для Fc–"xвocтов» иммуноглобулинов классов А и G (FcaR, FcgRI, FcgRII), мембранную молекулу CD80 — лиганд для CD28, мембранные молекулы CD4, CD8, CD3 и др.

Все эти молекулярно–генетические родственники фундаментально и дружно задействованы в иммунном ответе.

Вариабельные последовательности АК (т.е. разные у иммуноглобулинов, являющихся продуктами различных B–лимфоцитов) не случайно распределены по V–области, а чётко локализованы в определённых участках, называемых гипервариабельными областями — их выделяют от 3 до 4: HV1, HV2, HV3, HV4 (HV — от HyperVariable). У обозначений «НV» есть синоним — CDR: CDR1, CDR2, CDR3 и CDR4. Именно эти последовательности АК вступают в непосредственное комплементарное связывание с Аг. Связывание с Аг обусловлено следующими типами химических взаимодействий (сил, связей) между молекулой АТ (так же, как и Рц T–клеток для Аг) и молекулой Аг: ионными, ван–дер–ваальсовыми, водородными и гидрофобными. Оптимальная реализация этих связей возможна только при физиологических значениях pH, ионной силы, концентрации солей. Если в лабораторной работе in vitro стоит задача диссоциировать комплекс Аг–АТ, то подбирают необходимые и достаточные изменения pH, ионной силы или вводят в систему детергенты.

Иммуноглобулины могут связывать лиганды (Аг) разной химической природы: пептиды, углеводы, полифосфаты, стероиды. Существенным и уникальным свойством АТ, отличающим их даже от Рц T–клеток для Аг, является их способность вступать в связывание с цельными, нативными молекулами Аг, непосредственно в том виде, в каком Аг проник во внутреннюю среду организма. Для этого не требуется никакая предварительная метаболическая обработка Аг. Следовательно, не требуется и время на предобработку, и связывание Аг происходит немедленно.

АТ — единственный фактор безотлагательной защиты организма, например от сильных ядов (при укусах змей, скорпионов, пчёл и др.). Аг могут связывать лёгкие и тяжёлые цепи молекул иммуноглобулинов по отдельности, могут и вместе. У цельной молекулы мономерного иммуноглобулина два цельных и потенциально равнодееспособных симметрично расположенных активных центра для связывания Аг. Сродство между Аг и АТ количественно характеризуют такими понятиями, как аффинность и авидность.

Аффинность связи АТ с Аг — сила химической связи одного антигенного эпитопа с одним из активных центров молекулы иммуноглобулина.

Аффинность количественно принято оценивать по константе диссоциации одного антигенного эпитопа с одним активным центром в моль^–1. Так как в цельных молекулах АТ классов IgG и IgE в норме по два активных центра, а в молекулах IgA — 4, IgM — 10, скорость диссоциации цельной молекулы иммуноглобулина от цельной молекулы Аг меньше, чем скорость диссоциации одного из активных центров.

Авидность связи АТ с Аг — сила связи цельной молекулы АТ со всеми антигенными эпитопами, которые ей удалось связать.

Авидность количественно также измеряют как константу диссоциации соответственно цельной молекулы АТ со всеми связанными эпитопами.

Эпитоп — это небольшой участок цельной молекулы Аг, который непосредственно вступает в ионные, водородные, ван–дер–ваальсовы и гидрофобные связи с активным центром АТ.

Если Аг — пептид, то размер эпитопа составляет от 5 до 7 АК–остатков. Площадь связи активного центра с эпитопом равна 70–90 нм². Синоним антигенного эпитопа — антигенная детерминанта. Эпитоп может представлять собой участок последовательно связанных АК–остатков. Такой эпитоп называют линейным (continuous). Но эпитоп может быть сформирован во вторичной структуре макромолекулы Аг не из последовательно связанных АК. Такие эпитопы называют конформационными (discontinuous epitopes). Современные химики успешно имитируют линейные эпитопы белковых Аг, синтезируя пептиды любой заданной длины. Воссоздание конформационных эпитопов в синтетических пептидах — гораздо более трудная задача.

Промежутки между CDR обозначают как FR (Framework Regions), т.е. каркасные области. Их также 4: FR1, FR2, FR3 и FR4. Последовательности АК–остатков в них весьма консервативны. Исследования самых последних лет показывают, что этим консервативным последовательностям, кроме чисто «скелетной» функции, случаетсявыполнять и другие функции, отличные и от связывания с Аг. Связывание с Аг — функция CDR. Забегая вперед, скажем, что в FR–участках V–области молекул иммуноглобулинов могут локализоваться такие активности, как ферментативная (протеазная и нуклеазная), связывание ионов металлов, связывание с суперантигенами.

Дата добавления: 2015-10-28