Главный комплекс гистосовместимости

«Главный комплекс гистосовместимости» (Major Histocompatibility Complex — MHC) — одно из трудных понятий для начинающих изучать иммунологию. Главная причина этого — оторванность названия от природного предназначения. Эта оторванность объясняется историей развития наших знаний о MHC. Так сложилось, что сначала MHC был выявлен в сугубо искусственной модели трансплантации тканей и органов одного организма во внутреннюю среду другого как некий значительный по размеру комплекс генов, от которых больше, чем от других, зависит скорость отторжения трансплантата. Но поскольку в естественной природе нет процессов трансплантации тканей отдельных особей во внутреннюю среду других особей, много лет имело место молчаливое недоумение — зачем нужны эти гены и продукты, которые они кодируют, организмам, которым не пересаживают и никогда не будут пересаживать чужие органы? Это недоумение разрешили Р. Цинкернагель и П. Дохерти, открывшие в 1973–1974 гг. природные функции белков MHC — представлять для распознавания пептидные Аг для T–лимфоцитов.

Гены MHC были открыты и был введён этот термин в работах 40-х годов в лаборатории, а затем институте Джорджа Снелла — знаменитого иммуногенетика. Иммуногенетики затратили много труда на выведение инбредных линий мышей и подтвердили основные законы трансплантации. Главный закон трансплантации, состоящий в том, что природа не рассчитана на смешение органов уже рожденных особей и пересаженные органы от другого организма в норме всегда отторгаются, люди знали, судя по всему, всегда, сколько существует человеческая культура. Давно знали, что пересадки тканей своего организма в пределах своего организма возможны: пластические операции с аутотрансплантацией описывали средневековые хирурги.

Применительно к генетическим отношениям доноров и реципиентов используют следующие термины:

· аутологичный — свой собственный;

· сингенный (или изогенный) — полностью генетически идентичный организм (трансплантат). Сингенны мыши одного пола одной инбредной линии. Сингенны однояйцевые близнецы;

· аллогенный — другой организм в пределах одного вида. Аллогенны мыши разных инбредных линий;

· конгенный — организм, отличающийся от другого одним (в идеале) геном при одинаковости всех других;

· ксеногенный — организм другого биологического вида.

«Мышиные» иммуногенетики 60-х годов XX в., изучавшие главный комплекс гистосовместимости, несколько иными словами сформулировали те же законы трансплантации, которые в 1912 г. описал Георг Шёне в своей книге «Гетеропластическая и гомопластическая трансплантация»:

Ú аллогенные и ксеногенные трансплантаты всегда отторгаются;

Ú аутологичные и сингенные трансплантаты приживаются.

Гибриды 1–го поколения — F1 (P1´P2) не отторгают трансплантаты обеих родительских линий (P1, P2), но каждая из родительских линий отторгает трансплантат от гибрида (это свидетельствует о кодоминантности в гибридах экспрессии генов, кодирующих продукты, которые являются мишенью отторжения). Кодоминантность означает, что экспрессируются аллели обеих гомологичных хромосом (т.е. от каждого из родителей):

АА´BB ® AB

Ú 50% потомства от обратного скрещивания (F1´P1/2) быстро отторгают трансплантат от второй родительской линии (в случае трансплантации кожного лоскута быстрое отторжение наступает на 8-е сутки). Отсюда по законам менделевской генетики следует, что быстрое отторжение контролирует один локус. Его-то Снелл и назвал главным комплексом гистосовместимости (MHC).

АB´AA ® AA, AA, AA, AB, AB

У мышей локус MHC сегрегируется вместе с геном, кодирующим некий Аг, выявляемый АТ на эритроцитах мышей. Этот Аг в то время называли «Аг–2». Локус, контролирующий гистосовместимость, обозначили Н–2 (Н — от Histocompatibility — гистосовместимость). Верхний буквенный индекс при Н–2 (Н–2^а, H–2^k, H–2^d и т.д.) означает гаплотип данного локуса. У различных инбредных линий гаплотип Н–2 может быть разным или одинаковым.

Локус MHC весьма значителен по размеру — порядка 4´10⁶ пар нуклеотидов (это 2–3 сентиморгана), что соизмеримо с целым геномом бактерии Escherichia coli. Такое количество ДНК у человека содержит около 100 генов. Далеко не все из этих генов и их продуктов описаны и идентифицированы. У мышей выявлены 3 независимых локуса в комплексе MHC — Н–2К, H–2D и H–2L. Позже между ними картировали локусы I–A и I–Е (I от immune response genes — гены иммунного ответа). В 60-х годах Барух Бенацерраф и др. в опытах на морских свинках установили, что интенсивность продукции АТ к белковым Аг контролируется аутосомными генами из комплекса MHC. Аналогичное явление ясно обнаруживалось и в опытах на мышах разных инбредных линий.

Гомологичный комплекс локусов у человека идентифицировали уже другие исследователи (Жан Доссе и др.) и не в экспериментах по трансплантации, а в исследованиях реактивности АТ из крови людей, перенесших трансплантации, или многорожавших женщин с лейкоцитами из крови других людей. Поэтому комплекс обозначили HLA (от Human Leukocyte Antigen — антигены лейкоцитов человека). Первые 3 Аг, выявленные в этих серологических реакциях (и соответствующие гены), обозначили HLA–A, HLA–B, HLA–C. Следующий локус обнаружили не серологически, а по индукции пролиферации в смешанной культуре лимфоцитов донора и реципиента; его обозначили HLA–D. Следующий идентифицированный серологически локус был близко сцеплен с HLA–D, его обозначили HLA–DR (от D–related). Следующие два локуса обозначили соседними с R буквами P и Q — HLA–DP и HLA–DQ.

Позже, когда выяснили, какие именно белковые продукты кодируют разные структурные гены из комплекса MHC, комплекс разбили на два класса — I и II — MHC–I, MHC–II. К классу I у человека отнесли локусы HLA–A, HLA–B и HLA–C, к классу II — соответственно HLA–DR, HLA–DP и HLA–DQ. Схема расположения в геноме локусов комплекса MHC человека показана на рис. 5.5.

Рис. 5. 6. Расположение генов MHC человека в хромосоме 6 (схема).

Продукты генов локусов MHC–I — мембранные белки, конститутивно экспрессированные на всех ядросодержащих клетках тела, кроме сперматозоидов, но в разных количествах на клетках различных гистотипов: больше всего этих молекул на лимфоцитах и лейкоцитах. MHC–II — тоже мембранные молекулы, но экспрессированы не на всех, а только на некоторых гистотипах клеток — на дендритных клетках, B–лимфоцитах, моноцитах/макрофагах, эндотелии сосудов. Первые 3 типа клеток относят к так называемым профессиональным АПК — это дендритные клетки, B–лимфоциты и макрофаги, поскольку на этих клетках, кроме молекул MHC–II и I, экспрессируются все необходимые корецепторные молекулы и цитокины, достаточные для активации T–лимфоцита к иммунному ответу (табл. 5.4).

Таблица 5.4. Относительные уровни экспрессии MHC–I и II на разных клетках

Клетки	MHC–I	MHC–II
T–лимфоциты	+++	+ (у человека)
B–лимфоциты	+++	+++
Дендритные клетки	+++	+++
Макрофаги	+++	+
Эпителий тимуса	+	+++
Эндотелий	+	+
Нейтрофилы	+++	Нет
Гепатоциты	+	Нет
Клетки почки	+	Нет
Нейроны мозга	+	Нет
Эритроциты	Нет	Нет

Примечание. Количественная выраженность того или иного свойства представлена в условных знаках: «+» — немного; «++» — больше, чем «+"; «+++» — больше, чем «++».

Эндотелий тоже выполняет функции АПК, но особого предназначения. Вероятно (есть такие экспериментальные данные), экспрессия комплексов Аг–пептидов с MHC на клетках эндотелия является тем специфическим сигналом, который «заманивает» иммунные лимфоциты из циркулирующей крови в больное, поражённое патогеном место в тканях (обеспечивает антигенспецифичный хоминг).

Каждый локус MHC–I кодирует полипептидную цепь, обозначаемую традиционно a, с мол. массой около 44 тыс., примерно из 325 остатков АК. Цепь a имеет 3 внеклеточных домена (a1, a2, a3), трансмембранный участок и цитоплазматический участок из 55 АК–остатков. С внеклеточными a–доменами нековалентно ассоциирована лёгкая полипептидная цепь с мол. массой 12 тыс., называемая b2–микроглобулином. Микроглобулин b2 кодируется геном, не сцепленным с MHC. Домены a1 и a2 формируют углубление (щель) размером около 2,5 нм. Именно в этом углублении располагается пептид–Аг, предназначенный для распознавания T–лимфоцитами. Пептид ни в коем случае не сорбируется на MHC извне клетки, а конъюгирует с a–цепью нековалентными связями, но с достаточной аффинностью (K_d »10^–6 М) внутри клетки при фолдинге (сворачивании, т.е. изменении конформации MHC). Как и все трансмембранные белки, MHC–I гликозилированы; места гликозилирования a–цепи — Asn 86, Asn 176, Asn 256.

MHC–I связывает пептиды длиной 8–10 АК–остатков, фиксируя пептид по обоим концам молекулы — С и N. Молекулы MHC разных аллельных вариантов связывают пептиды с определёнными остатками АК в так называемых якорныхпозициях: это C–концевой остаток и 2-й или 5-й остаток с N–конца. Важно, что каждый конкретный аллельный вариант молекулы MHC связывает пептиды с данными, а не другими якорными остатками АК. Другой аллельный вариант MHC имеет химическое сродство к иным якорным остаткам АК. Поэтому важно посчитать, сколько же вариантов MHC имеет каждый отдельный человек, так как только на те пептиды, которые способны связать MHC особи, данная особь потенциально способна развить защитный иммунный ответ. Если же некий Аг не связывается ни с одним вариантом MHC из тех, которыми располагает особь, то против этого Аг не будет иммунного ответа, организм беззащитен перед таким Аг. Отсюда понятно, что генетический контроль иммунного ответа сильно зависит не только от генов, специально экспрессирующихся в лимфоцитах и АПК, но и от генов, экспрессирующихся во всех клетках организма, — MHC. Исключение составляют безъядерные зрелые эритроциты и сперматозоиды:на них нет ни MHC–I,ни MHC–II.

Белки MHC–II (класса II) — мембранные молекулы — гетеродимеры из двух трансмембранных гликопротеинов: a–цепь (мол. масса 34 тыс.) и b–цепь (мол. масса 29 тыс.). Внеклеточная часть каждой цепи имеет два домена. Пептидсвязывающее углубление (щель) формируют совместно a1- и b1–домены, в отличие от аналогичного углубления в составе MHC–I щель MHC–II открыта с обеих сторон (рис. 5.7). Стереохимическая открытость углубления MHC–II позволяет связывать более длинные пептиды, чем в случае MHC–I, — до 30 остатков АК. Однако чаще всего из комплексов с MHC–II удаётся диссоциировать пептиды размером 13–17 остатков АК. Якорные остатки для большинства изученных аллельных вариантов MHC–II находятся в позициях 1; 4; 6 и 9.

Рис. 5. 7. Структура молекул MHC–I и MHC–II (схема). Молекулы MHC–I — трансмембранные гетеродимеры: a–цепь большая, имеет три внеклеточных домена. «Щель» для связывания пептидом формируют два терминальных домена a–цепи (a1 и a2). b–Цепь малого размера, в мембрану не внедряется, с a–цепью ассоциирована нековалентно и её называют b2–миκроиммуноглобулином. Молекулы MHC–II также трансмембранные гетеродимеры. Полипептидные цепи a и b равновелики, обе пенетрируют мембрану, у обеих по два внеклеточных домена и «щель» для связывания пептидов формируют внешние домены обеих цепей. 1 — пептид–Аг в комплексе с MHC–I; 2 — пептид–Аг в комплексе с MHC–II.

Дата добавления: 2015-10-28