Суть клонально-селекционной теории Ф.Бернета заключается в том, что в процессе созревания лимфоцитов происходит строгая выбраковка клеток по следующим признакам:
Неспособность к распознаванию рецепторов МНС 1 и МНС 2 клеток собственного организма;
Способность к распознаванию собственных антигенов, презентируемых на МНС 1 и МНС 2.
Клетки, имеющие вышеперечисленные признаки, подлежат уничтожению. Остальные лимфоциты продолжают дифференцировку и становятся родоночальниками клонов – групп лимфоцитов, имеющих антигенраспознающий рецептор одинаковой специфичности.
Селекция т-лимфоцитов
Незрелые T-лимфоциты мигрируют из костного мозга в кору тимуса и начинают интенсивно делиться. В коре тимуса в процессе контакта с эпителиальными клетками тимуса, которые экспрессируют и MHC I и MHC II молекулы осуществляется позитивная селекция. Лимфоциты, способные взаимодействовать с молекулами МНС, получают позитивный стимул - сигнал к размножению, а клетки неспособные взаимодействовать с МНС получают негативный сигнал к самоликвидации (апоптозу).
Далее прошедшие позитивную селекцию лимфоциты мигрируют в мозговое вещество тимуса и на границе коры и мозгового вещества происходит негативная селекция Т-лимфоцитов. Негативная селекция осуществляется в процессе их взаимодействия с дендритными клетками и макрофагами, которые презентируют собственные антигены организма.
Аутоагрессивные Т-лимфоциты получают сигнал к самоликвидации (негативная селекция), аутотолерантные – продолжают размножаться и покидают мозговое вещество тимуса, расселяются по периферическим органам иммунной системы. Было показано, что в процессе селекции не проходит отбор и погибает около 95% Т-лимфоцитов.
Лимфоциты, располагающиеся в корковом слое тимуса вначале имеют на мембране как CD4, так и CD8 – рецепторы. Далее клетки, распознающие MHC I теряют CD4 и становятся CD8+ , т.е. превращаются в ЦТЛ, а клетки, распознающие MHC II – наоборот, теряют CD8 и превращаются в CD4+, т.е. в Т-хелперы.
Т-лимфоциты, прошедшие дифференцировку и отбор в тимусе называются «наивные» Т-лимфоциты. После встречи с соответствующим антигеном они превращаются в примированные или эффекторные Т-лимфоцитами, готовые воспринимать цитокиновые сигналы к активации.
Селекция в-лимфоцитов
В костном мозге незрелые B-лимфоциты, проходят негативную селекцию. Лимфоциты, способные связывать собственные антигены своим поверхностным антигенраспознающим рецептором IgM, получают сигнал к самоликвидации (апоптозу) и погибают. Прошедшие негативный отбор В-лимфоциты делятся, причем, каждый из них образует группу потомков, клон, обладающих одинаковой специфичностью. Зрелые В-лимфоциты выходят из костного мозга в кровоток и заселяют лимфоидные органы.
Лекция 6. Нарушения иммунитета
К нарушениям иммунитета относятся:
Реакции гиперчувствительности;
Аутоиммунные реакции;
Иммунодефицитные состояния.
Реакции гиперчувствительности. Классификация Джелла и Кумбса – 4 типа реакций гиперчувствительности.
РГЧ 1-го типа.
Астма, сенная лихорадка, экзема, крапивница, пищевая аллергия.
Аллергены: лекарственные вещества, гетерологичная сыворотка, пыльца растений, фекалии микроклещей пыли, пищевые продукты (яйца, молоко, крабы, рыба и др).
Факторы, способствующие проникновению аллергенов в слизистую оболочку являются частицы дизельных выхлопов (ЧДВ), содержащиеся в городской атмосфере.
Наследственная предрасположенность к аллергическим реакциям 1-го типа связана с аллелями HLA-B8 иDR3.
Диагностика: постановка кожных проб.
Лечение: гипосенсибилизация – подкожное введение возрастающих доз аллергена, в результате происходит переключение на преимущественный синтез IgG.
Профилактика: исключение контакта с аллергеном; при необходимости введения гетерологичной лечебной сыворотки – дробное введение по Безредке. Назначение антигистаминных препаратов.
РГЧ 2-го типа – цитотоксические реакции с участием IgGи комплемента. Наблюдаются в случае, если антитела реагируют с антигеном, находящимся на клеточной мембране. При этом к образовавшемуся комплексу присоединяется комплемент, последние фракции которого (С5-С9) называются перфоринами. Белковые молекулы этих фракций встраиваются в клеточную мембрану, образуя крупную пору, через которую в клетку поступает вода. В результате происходит лизис клетки. Этот тип гиперчувствительности может развиться при длительном применении лекарственных преператов, способных адсорбироваться на эритроцитах; пример-антиаритмический препарат квинидин. Примером РГЧ 2-го типа является гемолитическая болезнь новорожденных при резус-конфликте (ретикулоцитоз). Другой пример- тромбоцитопеническая пурпура.
РГЧ 3-го типа связаны с образованием большого количества иммунных комплексов при поступлении в организм большого количества чужеродного белка без предварительной сенсибилизации, например при введении лечебных или профилактических гетерологичных антисывороток. В результате временного дефицита комплемента происходит отложение малых иммунных комплексов в стенках сосудов, суставах, почечных клубочках. После восполнения дефицита комплемента он фиксируется на малых иммунных комплексах (МИК), находящихся в тканях. К образовавшимся большим иммунным комплексам (БИК) мигрируют макрофаги, которые поглощают БИК и выделяют цитокины, вызывающие воспалительную реакцию. Результатом РГЧ 3-го типа является развитие сывороточной болезнм, проявлениями которой являются васкулит, артрит и гломерулонефрит.
РГЧ 3-го типа может проявляться в форме так называемого феномена Артюса. В отличие от сывороточной болезни, феномен Артюса – это бурная местная воспалительная реакция, которая сопровождается некрозом тканей в месте введения антигена. Обязательным условием для развития реакции Артюса является предварительная сенсибилизация организма данным антигеном (чужеродным белком) и наличие в сыворотке крови высокой концентрации антител к этому антигену.
РГЧ 4-го типа происходят с участием цитотоксических лимфоцитов.
Существуют 3 вида РГЧ 3-го типа: контактная, туберкулиновая и гранулематозная.
Контактная гиперчувствительность характеризуется экзематозной реакцией в месте воздействия антигена. Сенсибилизация организма происходит, как правило соединениями никеля, хрома, веществами, входящими в состав моющих средств, т.е гаптенами. Основными АПК при контактной гиперчувствительности являются дендритные клетки кожи – клетки Лангерганса. Реакция контактной гиперчувствительности протекает в 2 стадии: сенсибилизации и проявления. Период сенсибилизации длится около 2-х недель. Гаптен, проникнув в кожу, соединяется с белком. Этот комплекс поглощают дендритные клетки, которые впоследствии презентируют гаптен-белковый комплекс Т-лимфоцитам. В сенсибилизированном организме после повторного контакта с антигеном в течение 48-72 часов происходит миграция Т-лимфоцитов к месту контакта с антигеном и развивается местная воспалительная реакция.
Гиперчувствительность туберкулинового типа. Туберкулин – это фильтрат убитой культуры туберкулезной палочки, содержащий бактериальные антигены. Впервые был получен Р.Кохом.
Реакция гиперчувствительности на туберкулин возникает только у лиц, в организме которых присутствуют живые возбудители туберкулеза. После внутрикожного введения туберкулина к месту введения мигрируют моноциты и сенсибилизированные Т-лимфоциты, которые выделяют цитокины (ФНО-альфа и бета). Цитокины повышают проницаемость сосудистой стенки и в месте введения туберкулина образуется воспалительный инфильтрат, который достигает максимальных размеров через 48 часов.
Гранулематозная гиперчувствительность. Гранулематозные реакции развиваются в тех случаях, когда инфекционный агент остается жизнеспособным в макрофагах, например, при туберкулезе и проказе. Активированный макрофаг, внутри которого находятся живые возбудители, трансформируется в эпителиоидную клетку, которая активно продуцирует цитокины - ФНО. Эпителиоидные клетки сливаются друг с другом, образуя гигантские клетки Лангганса. В центре гранулемы располагаются эпителиоидные клетки, клетки Лангганса и макрофаги. Центр гранулемы окружают Т-лимфоциты. Кнаружи от Т-лимфоцитов находится зона пролиферирующих фибробластов, которые отграничивают зону воспаления от здоровых тканей.
Предшественники, прекоммитированные к развитию в
, непрерывно мигрируют от костного мозга в вилочковую железу, однако их число, по-видимому, очень мало. Незрелые предшественники Т-клеток поступают в область коры вилочковой железы, где созревают в функциональные субпопуляции Т-клеток. Особенностью развития тимоцитов является высокая скорость пролиферации.
У человека возможно и экстратимическое созревание Т-клеток
, однако для оптимального развития Т-лимфоцитов необходимо наличие неповрежденной вилочковой железы.
Различные стадии развития тимоцита можно определить по изменению экспрессии поверхностных и цитоплазматических молекул, рецепторов цитокинов и состояния реаранжировки генов Т-клеточного рецептора. Т-клеточный рецептор (TCR) распознает только короткие пептиды, которые заполняют полость в молекулах первого или второго класса главного комплекса гистосовместимости (МНС I и II, МНС комплекс у человека обозначается как HLA). Презентация таких пептидов Т-лимфоцитам обеспечивается антигенпредставляющими клетками.
TCR - гетеродимерный комплекс, сформированный при ассоциации а-и бета- или у- и S-субъединиц. Каждая из этих субъединиц кодируется отдельным геном. Т-клетки с рецепторами типов ар и уq являются различными линиями, которые разделяются до начала реаранжировки гена TCR.
Наименее зрелые клетки-предшественники в вилочковой железе экспрессируют антиген CD7. Некоторые из них экспрессируют также CD44. CD44, рецептор для гиалуроновой кислоты, - один из факторов, определяющих перемещение предшественников Т-клеток в вилочковую железу. Из этих предшественников далее образуются CD2+/CD7+ клетки, в цитоплазме которых присутствует CD3. Белковый комплекс CD3 обеспечивает передачу сигналов через TCR.
Пептидные цепи CD3-комплекса начинают синтезироваться на стадии про-Т-лимфоцита, и их экспрессия предшествует появлению на мембране TCR.
Т-лимфоциты уq-линии первыми начинают экспрессировать рецептор CD3, но на них нет молекул CD4 или CD8. Несколько позднее на поверхности клеток, экспрессирующих рецептор типа аb, начинают одновременно экспрессироваться антигены CD4 и CD8. К этому времени заканчивается реаранжировка генов а- и р-цепей, и на поверхности клеток экспрессируется рецепторный комплекс TCR ab/CD3.
По мере того как клетки , экспрессирующие CD4+, CD8+ и TCR (так называемые дважды положительные клетки), проходят от коры к мозговому веществу вилочковой железы, они созревают в CD4+ хелперные или CD8+ цитотоксические Т-клетки. Клетки, которые созревают до стадии CD4+ или CD8+, составляют менее 5% тимоцитов. Эти лимфоциты покидают вилочковую железу и заполняют вторичные лимфоидные ткани (лимфатические узлы, селезенку, лимфоидную ткань, ассоциированную со слизистыми оболочками).
Т-лимфоциты с рецептором уq и CD5+B1-клетки являются функционально аналогичными популяциями, которые развиваются параллельно. Т-клетки с рецептором типа уq найдены в различных тканях, включая селезенку, эпидермис и эпителий слизистой оболочки матки, влагалища и языка. Предполагается, что эта популяция клеток может исполнять роль иммунного надзора в перечисленных тканях.
Формирование комплекса Т-клеточного рецептора и положительная и отрицательная селекция в вилочковой железе
Как и гены иммуноглобулинов, гены Т-клеточного рецептора собираются из различных сегментов, находящихся первоначально в зародышевой конфигурации. Гены Т-клеточного рецептора подвергаются процессу соматической реаранжировки, при которой кодирующие сегменты присоединяются друг к другу, а присутствующие между ними интронные последовательности удаляются. Вариабельность соединений и вставок обеспечивает возникновение различий TCR и приводит к огромному количеству различных последовательностей гипервариабельного участка TCR. Репертуар различных TCR считается даже большим, чем репертуар молекул Ig (по оценкам, репертуар ab-TCR составляет 1015, а для yq-TCR - 1018). В отличие от В-лимфоцитов, Т-лимфоциты не секретируют свои рецепторы.
Дважды позитивный тимоцит проходит через многоступенчатый процесс, известный как тимическая селекция. На первой фазе, называемой положительной селекцией, TCR дважды позитивного тимоцита взаимодействуют с молекулами МНС, которые экспрессируются эпителиальными клетками в коре вилочковой железы. Тимоциты, способные распознавать комплекс антигена с молекулой HLA, ускользают от апоптоза и вступают в дальнейшую дифференцировку, в то время как тимоциты, не способные к такому взаимодействию, погибают.
Поскольку рекомбинации , затрагивающие возникновение TCR, являются случайными, в вилочковой железе могут развиваться и пройти позитивную селекцию Т-клетки, экспрессирующие TCR, специфичные к чужеродным и собственным антигенам. Существует вероятность, что Т-клетки, реактивные к собственным структурам организма, будут взаимодействовать с аутоантигенами в тканях, что может привести к нежелательным аутоиммунным реакциям. Для предотвращения этого дважды положительные клетки подвергаются второй фазе отбора, которая называется негативной селекцией. В ходе этой фазы дважды положительные клетки взаимодействуют с комплексом МНС-пептид, экспрессированным на поверхности дендритной клетки.
Т-клетки , TCR которых взаимодействует с комплексом МНС-пептид с высокой аффинностью, подвергаются апоптозу. В ходе негативной селекции удаляются Т-клетки, экспрессирующие TCR, обладающие реактивностью к собственным антигенам.
Дважды положительные клетки , пережившие негативную селекцию, снижают экспрессию корецепторов CD4 или CD8, что приводит к развитию или CD4+CD8" или CD4"CD8+ (моноположительных) Т-лимфоцитов. При этом Т-лимфоциты, распознающие антигены, представляемые молекулами МНС II класса, сохраняют экспрессию корецептора CD4+, a Т-лимфоциты, распознающие антигены, представляемые молекулами МНС I класса, сохраняют экспрессию корецептора CD8+. Эти клетки покидают вилочковую железу и образуют периферические зрелые CD4+ и CD8+ Т-клетки.
Экспрессия некоторых поверхностных молекул при развитии Т-клеток
Клетки и цитокины, регулирующие развитие Т-клеток
Вилочковая железа состоит из корковой и медуллярной областей, различающихся по количеству тимоцитов и составу стромальных клеток. Стромальные клетки вилочковой железы влияют на развитие тимоцитов как посредством прямых межклеточных взаимодействий, так и секрецией растворимых медиаторов.
Тимоциты и клетки тимического эпителия экспрессируют ряд поверхностных клеточных детерминант, некоторые из которых вовлечены в адгезию этих клеточных популяций друг к другу. Рецептор CD2 на тимоцитах определяет связывание с детерминантой CD58 (LFA-3) и межклеточной адгезионной молекулой-1 (ICAM-1), представленными на клетках тимического эпителия. Взаимодействия между развивающимися лимфоцитами и стромой могут активировать обе популяции. Например, связывание тимоцитов со стромой может стимулировать продукцию ИЛ-1 стромальными клетками и повышать экспрессию рецептора ИЛ-2 на тимоцитах.
ИЛ-7 стимулирует полиферацию тимоцитов, и фактор стволовых клеток увеличивает этот эффект. Эпителиальные клетки вилочковой железы у человека являются источником цитокинов ИЛ- 1а и b, ИЛ-3, ИЛ-6, ИЛ-8, колониестимулирующих факторов (Г-КСФ и ГМ-КСФ), лейкозингибирующего фактора (LIF) и TGF-p, а также гормонов тимозина или тимопоэтина, оказывающих влияние на пролиферацию и дифференцировку тимоцитов.
Цитокины , необходимые для развития Т-клеток, могут продуцироваться самими Т-клетками. Тимоциты производят IFN-y, ФНО-а, ИЛ-2, ИЛ-3 и ИЛ-4.
Описанный выше этап дифференцировки клеток характеризуется тем, что в организме появляется большое количество Т- и В-лимфоцитов, которые с помощью своих антигенраспознающих рецепторов (ТАГРР и ВАГРР) обладают способностью распознавать как собственные (self, ауто), так и чужие (non-self, алло) антигены. Это потенциально опасно, поскольку ауто-реактивные Т- и В-лимфоциты при определенных обстоятельствах могут стать причиной срыва толерантности и развития аутоиммунных заболеваний. Поэтому очередной этап развития иммунной системы со¬стоит в том, чтобы среди большого пула Т- и В-лимфоцитов отобрать (селекционировать) такие, которые бы не реагировали с собственными антигенами, но при этом сохраняли способность различать чужеродные антигены. Итак, третий этап антигеннезависимой дифференцировки лимфоидных клеток – развитие (индукция) толерантности (ареактивности, терпимости) по отношению к аутоантигенам.
Первичная функция ТАГРР на тимоцитах и ВАГРР на предшественниках В-лимфоцитов заключается в том, что с их помощью передается сигнал, который приводит к отбору (селекции) лимфоидных клеток, реагирующих на ауто-АГ.
Вторичная функция ТАГРР и ВАГРР – участие в иммунном ответе на этапе распознавания чужеродных антигенов.
Различают три пути отбора (селекции) лимфоидных клеток.
1. Разрушение (делеция) аутореактивных Т- и В-лимфоцитов, обладающих высокой авидно-стью (сродством) к ауто-АГ, – негативная селекция; происходит в центральных органах им¬мунитета.
2. Индукция (установление) анергии аутореактивных лимфоидных клеток. Этот путь селекции реализуется на периферии, лимфоциты при этом не погибают вследствие их невысокой авидности по отношению к ауто-АГ. Такая форма негативной селекции резервирует Т- и В-клетки в состоянии иммунологической толерантности (неотвечаемости), но при этом очень часто они сохраняют на своей поверхности аутореагирующие рецепторы.
Поскольку эмбриональный период является периодом формирования толерантности иммунной системы, то можно достичь толерантности к чужеродным антигенам, если в этот период искусственно ввести их в организм.
3.Позитивная селекция; состоит в том, что в тимусе и костном мозге контакт незрелых лимфоцитов и пре-В-лимфоцитов с ауто-АГ индуцирует созревание Т- и В-лимфоцитов, но поскольку сигнал клеток получается недостаточным из-за низкой авидности, то пролиферация клеток не наступает, а значит не происходит и развитие иммунного ответа.
Рассматривается также еще один – четвертый механизм толерантности за счет формирования на периферии активной супрессии в результате функции Т-регуляторных клеток либо дис-баланса Т-хелперов 1-го и 2-го типов, о чем речь будет идти ниже.
Как уже упоминалось, сохранившиеся в организме аутореактивные Т- и В-лимфоциты при определенных обстоятельствах могут стать причиной срыва толерантности и развития аутоиммунного заболевания.
На этапе индукции толерантности в вилочковой железе из тимоцитов, которые несут два дифференцировочных антигена CD4 и CD8 и являются так называемыми CD4+CD8+ клетками, образуются субпопуляции Т-лимфоцитов: Т-хелперы (CD4+CD8- клетки) и Т-киллеры/супрессоры (CD4-CD8+ клетки).
На этом заканчивается период антигеннезависимой дифференцировки Т- и В-лимфоцитов, они покидают вилочковую железу и костный мозг и расселяются в Т- и В-зонах (соответственно) периферических органов иммунной системы. Расселяющиеся лимфоциты называются зрелыми покоящимися клетками, готовыми к иммунному ответу. Все они находятся в G(0) фазе клеточ-ного цикла.
Следует помнить, что Т- и В-клетки на своей поверхности экспрессируют антигенраспознающие рецепторы, которые способны распознать только один антиген (точнее, одну детерминанту (эпитоп)).
Таким образом, специальными органами, где происходит дифференцировка гемопоэтиче-ских стволовых клеток, служат: для Т-лимфоцитов – тимус, для В-лимфоцитов – в эмбриональном периоде – печень, во взрослом организме – костный мозг.
Различают следующие основные этапы развития и дифференцировки Т- и В-лимфоцитов.
Первый этап – продуцирование большого числа Т- и В-лимфоцитов, обладающих специфичностью к различным антигенам (в том числе и к антигенам собственного организма). Этот этап имеет две важные стадии:
1. Стадию раннего предшественника, когда на поверхности будущего В-лимфоцита появляется суррогатная L-цепь иммуноглобулина. а на поверхности будущего Т-лимфоцита- ГП-33 (один из элементов ТАГРР);
2. Стадию незрелого предшественника, когда на В-лимфоцитах появляется молекула иммуноглобулина или ВГРАР, а на поверхности Т-лимфоцита – ТАГРР с альфа-, бета- или гамма-, дельта-цепями.
Второй этап – элиминация из громадного количества зрелых предшественников тех клеток, которые являются реактивными по отношению к собственным антигенам. В результате такого “обучения” иммунной системы развивается состояние толерантности.
Третий этап – дозревание оставшихся лимфоидных клеток и превращение их в зрелые покоящиеся Т- и В-лимфоциты, способные реагировать на чужеродные антигены.
Основная феноменологияПредставления о том, что тимус является одним из главных органов, определяющих формирование иммунной системы в целом и Т-системы в частности, стали складываться в начале 60-х годов XX в. после опытов Дж. Миллера по неонатальной тимэктомии у мышей. Удаление тимуса у мышей сразу после рождения приводит к: а) резкому истощению популяции лимфоцитов в периферических органах; б) более длительному выживанию аллогенных кожных трансплантатов; в) нарушению образования антител. Кроме того, тимэктомированные животные характеризуются высокой смертностью в первые 4 месяца жизни, повышенной восприимчивостью к инфекциям, большей чувствительностью к действию эндотоксинов, склонностью к развитию опухолей.Иммунологическую реактивность можно восстановить пересадкой тимэктомированным мышам тимуса от молодых животных, а также введением клеток селезенки, лимфатических узлов или большого числа тимоцитов. Клетки костного мозга даже в очень значительных дозах неэффективны. Этот факт сам по себе примечателен, так как демонстрирует, что лимфоцитам костного мозга для выполнения утраченных при тимэктомии иммунологических функций необходим тимус.
Примером роли тимуса в становлении иммунной компетенции является синдром ДиДжоржи.
Синдром характеризуется врожденным недоразвитием тимуса, что приводит к резкому снижению популяции Т-лимфоцитов. Дети с подобным иммунодефицитным заболеванием имеют повышенную чувствительность к вирусным, грибковым и некоторым бактериальным инфекциям.
Критическая роль стромы тимуса продемонстрирована на двух мутантных линиях мышей: nude и scid, характеризующихся отсутствием зрелых Т-клеток. Если дефицит Т-клеток у nude связан с неспособностью эпителиальных клеток рудиментарного тимуса обеспечивать дифференцировку костномозговых предшественников до зрелых форм, то у scid он связан с дефектом процесса рекомбинации рецепторных генов. Трансплантация тимуса от линии scid линии nude полностью восстанавливает дифференцировку костномозговых предшественников до зрелых Т-клеток, так же как введение клеток костного мозга от nude мышам scid приводит к полноценному накоплению Т-клеток. Эта форма трансплантации ясно указывает, во-первых, на потенциальную способность костномозговых предшественников nude дифференцироваться в Т-клетки и, во-вторых, на необходимость эпителиального микроокружения тимуса для реализации такой способности.
Этапы внутритимусной дифференцировки лимфоцитов
Два наблюдения: необходимость тимуса для накопления функционально зрелых Т-клеток на периферии и высокая гибель активнопролиферирующих тимоцитов in situ - указывают на тот факт, что в тимусе происходят те основные события, которые определяют полноценность работы всей Т-системы.
Подобная феноменология требовала выяснения по крайней мере двух вопросов: каков биологический смысл массовой гибели клеток в тимусе и как формируются субпопуляции клоноспецифических Т-клеток (Т-киллеров, Т-хелперов) в органе?
Этапы внутритимусной дифференцировки клеток от мигрировавшего в орган костномозгового предшественника (пре-Т-клетки) до зрелого Т-лимфоцита, покидающего тимус, связаны с изменением экспрессии фенотипических, Т-клеточных маркеров.Основными из них являются: CD4 - корецептор Т-хелперов, CD8 - корецептор цитотоксических Т-лимфоцитов (ЦТЛ; Т-киллеров) и TCR„3 - Т-клеточный антигенраспознающий рецептор. Специфическая комбинация этих поверхностных молекул может быть использована в качестве маркеров дифференцировки клеток в тимусе.
Первые мигранты из костного мозга, пре-Т-клетки, представляют собой лимфобласты, имеющие определенный набор поверхностных молекул, но лишенные основных маркеров дифференцировки - CD4 и CD8. Отсюда их название - «двойные негативы».
Они заселяют верхнюю часть коры тимуса, расположенную непосредственно под капсулой органа - субкапсулярную область. В полностью развитом тимусе двойные негативные клетки составляют незначительный, всего около 5 % от общего числа тимоцитов, клеточный пул.
Взаимодействие раннего предшественника со стромой субкапсулярной области приводит к экспрессии первого специфического маркера Т-клеток Thy-1. Молекула обладает адгезивными свойствами и относится к суперсемейству иммуноглобулинов. Thy-1 является исключительным маркером Т-клеток мышей и сохраняется на всех стадиях дифференцировки данных клеток, хотя уровень его экспрессии у более зрелых тимоцитов и периферических Т-клеток снижен по сравнению с ранними предшественниками. Тимоцитарные бласты субкапсулярной области, находясь в тесном контакте с эпителиальными клетками-кормилицами, активно пролиферируют и завершают свой путь развития в данной области умеренной экспрессией CD4 и CD8. Тимоциты с фенотипом CD4*, CD8*, TCRB*перемещаются в корковый слой.
Клетки коры - это в основном малые, плотно упакованные тимоциты.
Они находятся в непосредственных контактных отношениях с кортикальными эпителиальными клетками, обладаюдвойные позитивные тимоциты становятся обладателями полноценных aBTCR. Таким образом, основной фенотип кортикальных тимоцитов - CD4+, CD8+, TCR+aB. Факт прохождения положительной селекции в коре определяет дальнейшую дифференцировку на субпопуляции CD4+CD8- и CD4-CD8+, которая осуществляется в основном в переходной области - кортикомедуллярном соединении под влиянием взаимодействия с дендритными клетками и макрофагами. Эти клетки получили название «одинарных позитивов». Здесь же проходит и отрицательная селекция тимоцитов (см. ниже). В результате прошедших дифференцировочных событий в медуллярной области накапливаются клетки с фенотипом CD4+CD8-TCR+ (Т-хелперы) и CD4-CD8+TCR+ (Т-киллеры), часть которых мигрирует в периферические лимфоидные органы.
Реорганизация генов Т-клеточного рецептора в процессе дифференцировки тимоцитов
Наиболее ранний предшественник Т-клеток, мигрировавший из костного мозга в субкапсулярную область тимуса, обладает нативной организацией генов для TCR - исходным состоянием генома, которое определяется как генная организация зародышевой линии развития. В результате взаимодействия субкапсулярных тимоцитов с эпителиальными клетками данного региона происходит первое реорганизационное событие. На этом этапе внутритимусного развития оно касается только генов для B-цепи TCR и проявляется в объединении D-сегмента с J-сегментом в одном из двух генных кластеров.По мере дальнейшего развития тимоцитов происходит второе реорганизационное событие - объединение одного из 20 V-генов с DJ, что приводит с синтезу полноценной B-цепи. На этом третьем этапе развития синтезируемая B-цепь еще остается в цитоплазме и фенотип клеток неотличим от фенотипа предыдущего этапа (CD4-, CD8-, TCR-).
Начало умеренной экспрессии B-цепи в комплексе с CD3-пептидами является сигналом для реорганизации генов а-цепи, а также выхода на клеточную поверхность CD4 и CD8. Эти внутриклеточные события сопряжены с переходом тимоцитов из субкапсулярной области во внутренний корковый слой. Фенотип этих клеток - CD4+, CD8+, TCR+-B. Вскоре тимоциты коры начинают умеренную экспрессию функционально полноценного TCRaB. Фенотип таких клеток - CD4+, CD8+, TCR+-aB. После завершения процесса представления основных функционально активных антигенраспознающих рецепторов создаются условия для селекции тимоцитов по их способности распознавать собственные молекулы МНС.
Положительная и отрицательная селекция клеток в тимусе. Формирование клоноспецифических Т-клеток. Эксперименты, демонстрирующие распознавание рецепторами Т-клеток комплекса «своего с чужим»
В начале были представлены молекулярные основы двойного распознавания Т-клетками - распознавания молекул I или II класса МНС и ассоциированных с ними антигенных пептидов. Изучению молекулярных механизмов такого распознавания предшествовали опыты с использованием систем взаимодействия несингенных (аллогенных) клеток in vitro.
Первые опыты в этом направлении были проведены с инбредными морскими свинками линий 2 и 13, которые отличаются друг от друга только по генам, контролирующим антигены II класса МНС. Т-клетки морских свинок, предварительно сенсибилизированных одним из антигенов (овальбумин, туберкулин и др.), вносили в культуру макрофагов, которые презентируют антиген, использованный для иммунизации. Во всех случаях, когда макрофаги и Т-клетки были генетически идентичными (сингенными), регистрировался сильный пролиферативный ответ Т-клеток, распознавших антиген на поверхности сингенных макрофагов. В то же время Т-клетки, отличающиеся от макрофагов по антигенам II класса, не в состоянии развить пролиферативный ответ в несингенной системе клеточного взаимодействия. Эти первые опыты позволили предположить, что примированные Т-клетки распознают не только антиген, использованный для иммунизации, но и собственные антигены гистосовместимости. Однако узнать антиген на чужеродной (аллогенной) макрофагальной поверхности, имеющей отличающуюся молекулу II класса МНС, этим клеткам не удается.
Демонстративные опыты были проведены с клонами Т-клеток от гибридных морских свинок (2х13)F1 иммунизированных двумя антигенами - овальбумином и туберкулином. От примированных животных выделили 4 клона антигенреактивных Т-клеток, каждый из которых способен реагировать только на один из антигенов, ассоциированных с макрофагами одной из родительских линий (линией 2 или линией 13). Результаты реакции оценивали по интенсивности пролиферации клонированных Т- клеток, взаимодействующих in vitro с макрофагами определенной линии, презентирующими один из антигенов: макрофаги линии 2 + овальбумин, макрофаги линии 13 + овальбумин, макрофаги линии 2 +туберкулин и макрофаги линии 13 + туберкулин. Во всех без исключения случаях реакция Т-клеток регистрировалась только на то сочетание макрофага с антигеном, к которому прошло клонирование. Замена либо гаплотипа макрофага, либо антигена отменяла реакцию пролиферации. Поскольку две линии морских свинок отличаются друг от друга только по генам, контролирующим молекулы II класса МНС, был сделан вывод, что отдельный клон Т-клеток имеет антигенраспознающие рецепторы, направленные на комплекс антигена с продуктами этих генов.
Представленные опыты, несмотря на свой феноменологический характер, позволяли сделать принципиальное заключение: рецепторы Т-клеток распознают не собственно чужеродный антиген, а его комплекс с молекулами МНС. Однако они не давали ответа на вопрос: с какой субпопуляцией Т-клеток связано двойное распознавание?Специальные исследования по выяснению данного вопроса констатировали, что рестрикция по генам МНС существует для Т-хелперов и для Т-киллеров. При этом ограничения в зависимости от характера субпопуляции касаются разных генов МНС, как контролирующих молекулы I класса, так и ответственных за синтез молекул II класса.
В опытах in vitro по генерации Т-хелперов, усиливающих продукцию антител, были получены следующие результаты. В культуру поглотивших антиген макрофагов вносились предшественники Т-хелперов, либо генетически идентичные, либо отличающиеся от макрофагов по генам МНС. После определенного времени совместного культивирования Т-клетки переносили во вторичную культуру, содержащую сингенные клетки селезенки (источник антителопродуцентов) и гомологичный антиген. Когда Т-лимфоциты получали от первичной культуры, в которой взаимодействующие клетки были идентичны по генам, контролирующим молекулы II класса, констатировалось сильное развитие иммунного ответа. В то же время Т-клетки от культуры, содержащей не идентичные по генам II класса клетки, оказались неспособными обеспечить хелперный эффект во вторичной культуре.
Таким образом, созревание Т-хелперов из предшественников в первичной культуре происходит только в условиях идентичности между взаимодействующими клетками по молекулам II класса. Различия, затрагивающие поверхностные молекулы, контролируемые другими генами МНС, не имели значения для генерации Т-хелперов. Сходные по целевой направленности опыты были проведены при использовании двух систем анализа - in vivo и in vitro. Мышей определенного гаплотипа иммунизировали не нативным антигеном, как это делается в обычной экспериментальной работе, а антигеном, прошедшим переработку в макрофаге и представленным на его поверхности в иммуногенной форме. Схема опыта включала два этапа. Первый этап - иммунизация in vivo. Мышам определенного гаплотипа вводили несингенные, отличающиеся по генам II класса макрофаги, которые экспрессировали чужеродный антиген. После определенного времени от иммунизированных животных выделяли сенсибилизированные клетки селезенки. Второй этап экспериментов состоял в изучении способности выделенных клеток развивать вторичный ответ in vitro при взаимодействии с макрофагами различных гаплотипов. Выяснилось, что вторичный ответ развивается только в том случае, если в систему вносят макрофаги, генетически идентичные тем, которые были использованы при первичной иммунизации in vivo. Макрофаги, сингенные клеткам селезенки, не могли индуцировать вторичный ответ.
Объяснение этому эксперименту, как и предыдущему, сводится к следующему. В процессе первичной иммунизации Т-хелперы распознают чужеродный антиген в комплексе с молекулами II класса. В результате накапливается клон Т-хелперов, обладающих антигенраспознающими рецепторами, специфичность которых ограничена особенностями строения как чужеродного антигена, так и молекул II класса МНС. Во вторичной культуре такой клон отвечает только на комплекс, использованный при иммунизации.
Цитотоксические Т-клетки, как и Т-хелперы, распознают не собственно чужеродный антиген, а его комплекс с молекулами МНС, однако ограничения в данном случае касаются молекулI класса. Это заключение было сделано по результатам достаточно, простых, но демонстративных опытов. Мышей с определенным гаплотипом иммунизировали одним из вирусов. От примированных животных получали Т-клетки, которые использовали в цитотоксическом тесте с клетками-мишенями. В тех случаях, когда Т-киллеры и мишени обладали идентичным геном, контролирующим молекулы I класса (Н-2К или H-2D), развивалась сильная цитотоксическая реакция. При генетических различиях по генам I класса реакция не развивалась. Ограничения касались толь- i ко этих генов и не затрагивали генов, контролирующих антигены II класса. Аналогичные результаты были получены при использовании в качестве антигена гаптена.
Объяснение полученных данных строится на том представлении, что в процессе примирования происходит селекция клона Т-киллеров, способных распознавать комплекс антигена с молекулами I класса определенного гаплотипа. В связи с этим популяция Т-клеток, обогащенная специфическими Т-киллерами, будет распознавать только те зараженные вирусом мишени, которые имеют тот же генотип по генам I класса, что и стимулирующие клетки.
Положительная селекция клеток в тимусе
Прямые доказательства роли стромы тимуса в селекции тимоцитов, распознающих собственные молекулы МНС, получены при работе с облученными мышами, которым компенсаторно вводили костный мозг от генетически идентичных доноров и опустошенную строму тимуса от генетически идентичных или отличающихся доноров.
Гибридных мышей (H-2dxH-2k)F| облучали летальной дозой, чтобы выбить собственные лимфоидные клетки, и тимэктомировали. В контрольных опытах обработанным подобным образом животным трансплантировали костный мозг и строму тимуса от гибридных же (сингенных) доноров. Через 3 месяца (время, достаточное для полного восстановления утраченной при облучении лимфоидной ткани) животных заражали вирусом оспы и еще через 6 дней, по завершении латентного периода, из селезенки иммунизированных животных выделяли лимфоциты. Цитотоксиче скую активность этих клеток проверяли на клетках-мишенях одного из родителей (гаплотип родителей Н-2к или H-2d). В обоих случаях эффекторные Т-клетки гибридов развивали цитотоксическую реакцию.
Забегая вперед, следует заметить, что эти результаты легко объясняются внутритимусной селекцией к «своему». Если распознавание «своего» действительно происходит в тимусе, то предшественники гибридного, трансплантированного костного мозга, оказавшись в гибридном тимусе, встречают как молекулы Н-2к, так и молекулы H-2d, экспрессирующиеся на эпителиальных, стромальных клетках органа. Приобретя специфический рецептор к молекулам того или иного генотипа, клетки проходят селекцию на образование клонов, способных реагировать с комплексом молекула МНС+экзогенный антиген (пептид). В результате такие отобранные лимфоциты разрушают мишени как Н-2К так и H-2d.
Ситуация меняется, если вместо гибридного тимуса трансплантируется тимус родителей H-2d или Н-2к. Когда Т-прекурсоры костного мозга колонизируют родительский тимус, формируются эффекторы цитотоксической реакции, способные разрушать клетки-мишени только того генотипа, к которому относился тимус. Гибридные пре-Т-клетки костного мозга, заселяющие родительский тимус, строма которого экспрессирует только одну аллельную форму молекул МНС (H-2d или Н-2к), после достижения стадии развития с фенотипом CD4+CD8+aВTCR± имеют множество клонов с разной специфичностью по aВTCR. Однако дальнейший путь развития обеспечен только тем клонам, которые распознали молекулы МНС, характерные для тимуса данного генотипа. Все остальные погибают и не выходят на периферию.
Более прямые доказательства были получены при использовании трансгенных мышей. Когда реорганизованные гены для Т-клеточного рецептора вводятся в геном мышей, перестройка эндогенных генов подавляется, так что большинство развивающихся Т-клеток экспрессируют рецептор, который кодируется трансгенами для а- и В-цепей. При введении трансгенов мышам известного генотипа по МНС можно установить влияние молекул этого комплекса на созревание тимоцитов. Например, введение трансгенов аВ-цепей, специфичных к молекулам I класса генотипа Н-2а, мышам с генотипом Н-2Ь приводит к незавершенной дифферен-цировке тимоцитов Н-2Ь, заканчивающейся на стадии CD4+CD8+. Если таких трансгенных мышей заразить вирусом, их Т-клетки будут разрушать вирусинфицированные мишени, относящиеся к генотипу Н-2а, но не Н-2Ь, как это происходит с Т-клетками нормальных мышей.
Ясно, что отсутствие соответствующих рецепторов к собственным молекулам МНС не позволяет тимоцитам пройти полный путь развития и проявить себя в цитолитической реакции. Через 3-4 дня клетки, не способные распознать собственные антигены, погибают в тимусе. События, развивающиеся в тимусе при селекции клеток по их способности распознавать собственные молекулы МНС. Завершившаяся на первом этапе реорганизация генов для а- и В-цепей обеспечивает экспрессию Т-клеточного рецептора на клеточной поверхности. До окончания положительной селекции уровень экспрессии этих рецепторов незначительный, но вполне достаточный для взаимодействия с соответствующими молекулами. Поскольку реорганизация генов, контролирующих вариабельные области Т-клеточного рецептора (VDJ - для В-цепи и VJ - для а-цепи), - процесс случайный, то образуются самые разнообразные по специфичности рецепторы. Условно их можно разбить на две категории: те, которые способны взаимодействовать с молекулами I или II класса, и те, которые такой способностью не обладают. Кроме того, антигенсвязующий центр рецепторов независимо от принадлежности к той или иной категории имеет участок, потенциально способный взаимодействовать с экзогенным, чужеродным пептидом.
На стадии умеренной экспрессии Т-клеточных рецепторов тимоциты представляют собой сырой материал для отбора. В коре тимуса, обогащенной эпителиальными клетками, которые экспрессируют молекулы как I, так и II классов, происходят основные селекционные процессы. Если тимоциты обладают рецепторами, способными взаимодействовать с молекулами I или II класса, то они подвергаются дальнейшей дифференцировке. Судьба тимоцитов, чьи рецепторы не соответствуют специфичностям молекул МНС, завершается в тимусе. Селекция тимоцитов по специфичности их рецепторов - процесс крайне жесткий. Более 90 % клеток гибнет в органе и только незначительная их часть, прошедшая сито отбора (менее 5 %), «обречена» на дальнейшую жизнь. Если клетка «не выдержала» первичного положительного отбора, она еще некоторое время (3 - 4 суток) остается жизнеспособной и продолжает реорганизовывать гены а-цепи, представляя новые по специфичности рецепторы. Иначе, отбор не завершается на исходном сочетании ар-цепей. Клетка «стремится прийтись ко двору» посредством изменения специфичности рецепторов за счет а-цепей. Без этого дополнительного механизма гибель тимоцитов, не прошедших первичного отбора, была бы еще выше.
На этапе формирования клонов, способных взаимодействовать с одной из молекул МНС, процесс дифференцировки клеток не заканчивается. Тимоциты, подвергающиеся отбору, экспрессируют как CD4-, так и С08-корецепторы. Однако как только отбор на специфичность произошел, тимоцит теряет один из корецепторов. Во всех случаях отбор на специфичность к молекулам I класса определяет сохранение CD8 и потерю CD4. Напротив, тимоциты, прошедшие селекцию к молекулам II класса, экспрессируют CD4 и подавляют синтез CD8.
Наиболее четко корреляция фенотипических маркеров со специфичностью рецепторов показана на трансгенных мышах. Если мышам вводили реорганизованные гены для аВ-цепей со специфичностью к молекулам I класса, то все образовавшиеся зрелыеТ-клетки имели фенотип Т-киллеров (CD8). В ситуации, когда специфичность касалась молекул II класса, все зрелые Т-клетки несли корецептор Т-хелперов (CD4). Коррелятивная связь корецепторов со специфичностью Т-рецепторов показана и на других экспериментальных моделях. Мутантные мыши, у которых отсутствуют молекулы II класса, не способны образовывать СD4+-лимфоциты. Введение таким мышам трансгена, кодирующего синтез молекул II класса, полностью восстанавливало формирование СD4+-клеток.
Определяющим моментом экспрессии одного из двух корецепторов в процессе созревания тимоцитов является их способность взаимодействовать с теми молекулами МНС, к которым проходит селекция: CD4 - с молекулами II класса и CD8 - с молекулами I класса. После такого распознавания завершается, наконец, путь внутритимусной дифференцировки тимоцитов с образованием Т-хелперов и Т-киллеров.
Отрицательная селекция клеток в тимусе
В условиях нормы иммунная система толерантна (терпима) к аутологичным (собственным) антигенам организма. Запрет на иммунную реакцию ко многим аутоантигенам формируется в тимусе. Принципиальная возможность подобного запрета следует из опытов с трансгенными мышами. Специфический рецептор, синтезируемый трансгенами, будет представлен на всех Т-клетках. Если мышам, имеющим наведенный Т-клеточный рецептор, специфичный к комплексу собственной молекулы МНС с чужеродным пептидом, ввести данный пептид, то реакция клеток в тимусе и на периферии будет прямо противоположной: гибель тимоцитов, несущих рецептор заданной специфичности, и стимуляция пролиферации периферических Т-клеток, обладающих тем же рецептором.
Другой экспериментальный пример отрицательной селекции в тимусе связан с половым антигеном, который имеется у мышей-самцов и отсутствует у самок. Трансгенные мыши-самцы, обладающие рецептором, специфичным к комплексу полового антигена с собственными молекулами МНС, характеризуются незавершенным развитием клеток в тимусе. У них дифференцировка тимоцитов, экспрессирующих данный рецептор, заканчивается на стадии двойных позитивов (CD4+CD8+). В популяции одинарных позитивов (CD4+CD8- или СВ4-СВ8+) на периферии также отсутствуют Т-клетки, имеющие рассматриваемый рецептор. В то же время у трансгенных самок тимоциты с рецепторами к антигену самца проходят полный путь дифференцировки и мигрируют на периферию.Возможные механизмы положительной и отрицательной селекции клеток в тимусе
В основе процесса внутритимусной селекции клеток лежит разная степень сродства (аффинности) их рецепторов - молекулам I или II класса МНС. Экспрессия aB-цепей в начальный период развития тимоцитов определяет накопление самых разнообразных по специфичности клеточных клонов, которые вступают в процесс распознавания молекул МНС на эпителиальных клетках коркового слоя. Относительно невысокая степень сродства между рецепторами и молекулами МНС является сигналом к началу дифференцировки тимоцитов и миграции созревших клеток на периферию. Значительная степень сродства между взаимодействующими молекулами будет причиной гибели высокоаффинных клонов в результате апоптоза. Следует заметить, что элиминирующее действие высокой аффинности характерно только для тимуса, но не для периферических лимфоидных образований. Среди клонов клеток тимуса будут и такие, рецепторы которых либо вообще не взаимодействуют с молекулами МНС, либо это взаимодействие осуществляется при крайне низкой степени аффинности. В обоих случаях судьба низкоаффинных клонов предопределена: они гибнут в области кортико-медуллярного соединения. И наконец, одно из явлений внутритимусного развитияклеток связано с элиминацией аутореактивных (запрещенных) клонов. Успешное распознавание молекул МНС в корковом слое еще не является гарантией завершения процесса развития клона и его миграции на периферию. Если рецепторы тимоцитов способны распознавать собственные антигены (аутоантигены) в комплексе с молекулами МНС, то клетки с подобными рецепторами элиминируются и их путь развития заканчивается на ранних стадиях развития. Фенотип клеток, не прошедших отбор на специфичность, соответствует двойным позитивам (CD4+CD8+) и указывает на незавершенность дифференцировки.
Итак, клетки, погибающие в тимусе, не выдерживают два условия отбора: первое - наличие некоторой средней степени сродства между рецепторами и молекулами МНС (очень высокая и очень низкая аффинность рецепторов приводит к гибели тимоцитов); второе - отсутствие реакции на собственные антигены (аутоантигены). Меньшая часть популяции тимоцитов, прошедших жесткие условия отбора на специфичность, покидает орган после завершения внутритимусного этапа дифференцировки.
1) Сигнальные белки, входящие в комплексы BCR и TCR. ITAM и ITIM мотивы, SH2 домен.
2) Корецепторы BCR и TCR.
3) Основные рецепторы сигналов костимуляции на В и Т клетках.
| Рецептор | BCR | TCR |
| Сигнальные белки, входящие в комплексы (они нужны, чтобы передавать сигнал внутрь клетки, тк у самих рецепторов нет внутриклеточных частей) | Igα, Igβ (на внутриклеточных частях есть сигнальные участки - ITAM) | CD3 (имеют 2 субъединицы: гамма или дельта и эпсилон), еще есть отдельная дзета - без внеклеточной части. На внутриклеточных частях есть сигнальные участки - ITAM |
| Корецепторы | CD21, CD19, CD18 - узнают результат работы комплемента (подтверждение для В-клеток, что есть патоген) | CD4, CD8 - неспецифически распознают антиген (узнают МНС, а не пептид; умеют различать МНСI и MHCII) |
| Основные рецепторы сигналов костимуляции | CD40 (связывается с лигандом CD40L, который экспрессируется Т-клеткой) | CD28 (взаимодействует с комплексом В7 на поверхности антиген-презентирующей клетки) |
FcR - рецепторы константных частей иммуноглобулинов
Про локализацию ITIM можно сказать, что есть у НК-клеток
SH2 - домен (Src-homologous) - структура, которая обеспечивает очень аффинное связывание с фосфорилированными тирозином, серином или треонином в составе ITАM и ITIM. Без фосфата нет взаимодействия!
4) Иммунологический синапс. устройство и биологическая роль
Иммунологический синапс - взаимодействие Т-клетки с антиген-презентирующей клеткой (АПК). При этом Т-лимфоцит плотно присасывается к клетке-мишени, в полость впрыскиваются цитокины - чтобы действовать локально. В синапсе также участвуют молекулы адгезии и костимуляции, рецепторы и корецепторы.
5) Роль киназы lck и фосфатазы CD45 в передаче сигнала от антигенных рецепторов лимфоцитов.
При инициации сигнала с TCR фосфатаза CD45 удаляет ингибирующий фосфат с киназы Lck. До этого в неактивном состоянии киназу Lck поддерживает киназа Csk. В неактивном состоянии киназа Lck свернута калачиком: ее SH2-домен связывается с ее же С-концевым фосфорилированным тирозином). После удаления ингибирующего фосфата киназа Lck изменяет конформацию, автоактивируется, фосфорилирует ITAM. ITAM с двумя фосфорилированными тирозинами - субстрат для Src-киназ с двумя SH2-доменами (например, киназа ZAP-70).
6) Основные физиологические последствия активации TCR.
Основные физиологические последствия активации TCR - фосфорилируются различные сигнальные молекулы (LAT и SLP-76), что приводит к:
● активации транскрипционных факторов (через PLCγ)
● повышению клеточной метаболической активности (через Act)
● полимеризации актина и реорганизации цитоскелета (через Vav)
● усилению адгезивных свойств поверхности: усилению “липкости” и кластеризации интегринов (через ADAP)
7) Внутриклеточный кальций и фосфолипиды в активации лимфоцитов. Семейства факторов транскрипции NFAT, NFkB и AP1 .
Активация факторов транскрипции идет через PLCγ - фосфолипазу гамма. Она расщепляет PIP2 (фосфатидилинозитолдифосфат) на IP3 (инозитолтрифосфат) и DAG (диацилглицерол).
IP3 открывает кальциевые каналы в ЭПР и внешней мембране. DAG остается на мембране и привлекает PKC-θ и RasGRP (RAS guanyl-releasing protein), которые запускают МАР-киназный каскад, в котором активируются транскрипционные факторы 3 семейств (это самые важные):
● NFAT (через кальций и кальциневрин); одна из молекул этого семейства - мишень циклоспорина А - вещества, которое способно селективно подавлять Т-клеточный ответ (важно при пересадке органов)
● NFkB (через PKC-θ и CARMA)
● AP1 (через RasGRP, RAS и каскады МАР-киназ)
8) Роль фосфатидилинозитол-3-киназы (PI3K) в костимуляции. Механизм действия CTLA-4.
Молекула костимуляции (В7) появляется в ответ на реакцию врожденного иммунитета. Она узнается молекулой CD28. Через участки с тирозином происходит привлечение и активация фосфатидилинозитол-3-киназы (PI3K). Результатом ее работы является PIP3. PLCγ активируется, только когда привлекается к мембране и садится там на PIP3, заякоренный в мембране.
CTLA-4 - антагонист CD28. Он конкурирует с CD28 за связывание с В7 и всегда побеждает, так как более эффективно связывается за счет того, что делает это кластерами. То есть в присутствии CTLA-4 CD28 не связывается с В7. У CTLA-4 внутри ITIM - ингибирующие сигналы.
9) Роль ИЛ-2 и альфа-цепи рецептора ИЛ-2 в активации цитотоксических Т-клеток.
Для активации Т-киллера обязательно одновременное физическое взаимодействие с той же дендритной клеткой, с которой взаимодействует Т-хэлпер. При взаимодействии Т-хэлпера с ДК в ДК выделяется молекула костимуляции для Т-киллера (ее запоминать не надо, но вы не сможете забыть - она называется “четыре ай бибил” 4-IBBL).
Очень важна сильная положительная обратная связь через ИЛ-2 и CD25 (альфа-цепь высокоаффинного рецептора ИЛ-2 на поверхности Т-киллера). Сначала ИЛ-2 выделяет Т-хэлпер, а потом ИЛ-2 вызывает выработку ИЛ-2 в самом Т-киллере. Так клон Т-киллеров сам подгоняет себя в росте при пролиферации.
ИЛ-2 - пример интеграции сигнальных путей в промоторе его гена. У него в промоторе есть сайты связывания всех транскрипционных факторов из вопроса 3, то есть чтобы его транскрипция шла хорошо, необходим и сигнал от TCR, и сигнал костимуляции - от CD28.
10) Лиганды активирующих и ингибирующих рецепторов NK клеток.
Ингибирующие рецепторы связываются с набором молекул MHCI. Это важно, когда NK-клетка учится распознавать свое - ее будет активировать отсутствие этих лигандов = “отсутствие своего”.
Активирующие рецепторы связываются со стресс-индуцированными лигандами. NK-клетка активируется в ответ на повышение экспрессии стрессорных белков ("стресс-индуцированное свое").
11) Логика развития лимфоцитов в первичных лимфоидных органах. Положительная и отрицательная селекция.
Пролиферация - экспрессия первой цепи Pre-B или Pre-T - снова пролиферация - экспрессия второй цепи (теперь есть полные антигенные рецепторы) - селекция (будущий лимфоцит элиминируется, если очень сильно связывается с антигеном либо не связывается вовсе).
Селекция в костном мозге: созревание В-клеток, экспрессирующих два иммуноглобулина - IgM и IgD + отбор клеток, реагирующих только на чужеродные антигены.
B-клетки, иммуноглобулиновые рецепторы которых способны взаимодействовать с собственными антигенами, либо погибают в результате апоптоза, либо приходят в состояние ареактивности (анергии).
Селекция в тимусе: Т-клетки экспрессируют или CD4 (будут хелперами), или CD8 (будут киллерами). Собственно селекция - по TCR-сигналу: если его нет или он сильный - клетка погибает. Если слабый - будет наивная Т-клетка, если умеренный - Т-регуляторная клетка.
12) Способы удаления из популяции зрелых лимфоцитов потенциально аутореактивных клонов. Редактирование антигенных рецепторов лимфоцитов.
Это было на примере В-лимфоцитов.
Если В-лимфоцит связался с растворенным аутоантигеном, то образуется анергичная В-клетка с с высоким уровнем экспрессии IgD (индукция анергии без костимуляции - механизм иммунологической толерантности).
Если В-лимфоцит связался со связанным с поверхностью аутоантигеном (на эритроцитах, МНС, то возможно редактирование рецептора в целях изменения специфичности (путем продолжения экспрессии RAG, перестройки генов легких цепей).
Если редактирование не получилось, апоптоз.
13) Первичный и вторичный иммунный ответ. Переключение с IgM на IgG, клетки памяти.
Первичный иммунный ответ - рецепторы лимфоцитов представлены IgM, низкая специфичность связывания с элементами патогенной архитектуры, IgM собран в пентамеры (первая встреча с патогеном, ответ развивается долго). Далее - выработка высокоспецифичного IgG (“подбором” - см. vdj-рекомбинацию), лимфоциты выбрасывают ген константной части IgM
Вторичный иммунный ответ - повторная встреча с патогеном, уже есть лимфоциты с нужным антигеном, ответ развивается очень быстро
Клетки памяти - лимфоциты, формирующие вторичный иммунный ответ
14) Особенности физиологии антигенных рецепторов B-1 и гамма-дельта-Т клеток, позволяющие отнести их к "врожденным лимфоцитам".
популяция клеток В1 – они развиваются в печени новорожденных . Там они производят IgM (при активации – растворимые ИгМ). У них ограничен репертуар специфичности, используют только некоторые V-гены. Изначально настроены на часто встречающиеся гликаны на поверхности бактерий, на некоторые собственные антигены (регуляция, супрессорные цитокины), на собственные стрессорные антигены (экспрессируются в случае повреждений). В1-клетки не формируют иммунологической памяти . Каждый раз, как первый раз. ИгМ всегда в одном и том же количестве.
В1 клетки добавляют мало нуклеотидов на стыки сегментов, репертуар их V-генов ограниченный. Находятся в перитонеальной и плевральной полостях. В отличие от В2 клеток, которые живут и гибнут и обновляются в КМ, В1 клетки, заселившись на свои места локации, самообновляются на месте. Умеют производить самопроизвольно на высоком уровне IgM, часто имеют специфичность к углеводородам. Не формируют памяти.
Гамма-дельта T‐клетки могут взаимодействовать с MHCIb, но не с классическими молекулами MHC, и не требуют процессинга антигена для распознввания.
Для большинства гамма-дельта T- клеток лиганды точно не известны.
Гамма-дельта клеток довольно много там же, где В1 клетки. Они необходимы для распознавания небольших фосфолипидов. Есть в перитонеальной полости, их много в эпидермисе кожи, и некоторые из них (которые в частности специфичны к белкам бутирофилинового семейства) выполняют роль распознавания стресса. Бутирофилины на периферии экспрессируются в результате стресса. Пока лиганда нет, экспрессируются иммуносупрессорные цитокины. А при появлении достаточного количества лиганда, включается запуск иммунного ответа. Не формируют иммунологической памяти, относятся к клеткам врожденного иммунитета.
15) Позитивная селекция CD4+ и CD8+ Т-клеток в тимусе. MHC-рестрикция.
В кортикальной зоне тимуса происходит позитивная селекция Т-клеток - удаление клеток, у которых очень слабый сигнал от TCR.
Положительной селекции подвергаются дважды положительные тимоциты (CD4+CD8+) Дважды положительные клетки очень чувствительны к апоптозу (в связи с низкой экспрессией ими антиапоптотических факторов, таких, как Вс1-2 и Bcl-XL). Для выживания клеткам нужна поддержка микроокружения. Сигнал, необходимый для выживания, тимоциты получают в ходе положительной селекции. Положительная селекция обеспечивает отбор только тех тимоцитов, которые экспрессируют TCR, обладающие сродством к молекулам МНС. Если TCR обладает сродством к молекуле МНС, тимоцит получает поддерживающий сигнал, основными результатами которого служат повышение экспрессии антиапоптотического фактора Вс1-2 и продвижение тимоцита по клеточному циклу. Внешний признак успешного прохождения тимоцитом положительной селекции - экспрессия маркера активации клетки CD69, а также молекул CD5, CD27 и костимулирующей молекулы CD28, сопровождающаяся повышением плотности экспрессии рецепторного комплекса TCR-CD3на поверхности клетки. Т-лимфоциты, рецепторы которых лишены сродства к МНС, подвергаются апоптозу «по умолчанию».
MHC-рестрикция – распознавание Т-лимфоцитами фрагментов антигенов только в контексте МНС (исключение - суперантигены).
МНС индивидуальны. Т-лимфоциты проходят позитивную селекцию на молекулах MHC, которые у каждого индивидуума свои, и пептидах, которые способны с этими аллелями связаться. У другого индивидуума набор молекул MHC будет другой, пептиды получатся тоже другие, в результате репертуар специфичностей зрелых лимфоцитов также будет отличаться.
Развитие тимоцитов зависит от MHC. если мы подсадим мышке рецепторы на МНС1, то на выходе мы увидим только цитотоксические Т-клетки. У развивающихся тимоцитов в принципе не будет шанса экспрессировать рецептор на MHC2. То же будет, если подсадим мышу рецептор на MHC2.
16) Негативная селекция тимоцитов. Aire и Fas/FasL.
Каким образом развивающимся тимоцитам удается показать все собственные антигены, опасные с точки зрения аутореактивности (это и есть негативная селекция)?
Было непонятно, пока не открыли ген AIRE – это фактор транскрипции, под контролем которого находится около 100 специфичных белков, которые он запускает время от времени в некоторых клетках тимусного эпителия. Индуцирует экспрессию органо- или тканеспецифических генов в тимусе:
Insulin (пожелудочная железа)
Interphotoreceptor retinoid-binding protein (IRBP) (глаз)
Odorant binding protein 1a (слезные железы)
Vomeromodulin (легкие)
Если запустить небольшую часть на некоторое время – ничего страшного не произойдет, но в итоге все покажем, что надо. Чтобы поставить ген под контроль AIRE, или убрать, надо просто поменять пару нуклеотидов в промоторном участке гена (легкая регуляция).
Это один из механизмов центральной толерантности. Очень легко настраиваемый - нужно всего лишь поменять несколько нуклеотидов в промоторе для регуляции.
Нарушения функции AIRE вызывают аутоиммунный полигландулярный синдром 1-го типа, или хронический кожно-слизистый кандидиоз (autoimmune polyendocrinopathy-candidiasis- ectodermal dystrophy, APECED) - редкое наследственное заболевание, характеризующееся аутоиммунным ответом на ткани разных органов, преимущественно эдокринных желез.
AIRE-зависимая экспрессия тканеспецифических антигенов в клетках тимусного эпителия - один из механизмов центральной толерантности .
Если тимоцит аутореактивный, то он точно рано или поздно во время созревания встретиться со своим пептидом, и будет уничтожен отбором.
FasL и Fas обеспечивают апоптоз (если не удалось перестроить рецептор лимфоцита). Это цитокин и его рецептор, обеспечивающие структурный (инструктивный?) апоптоз. Мыши-нокауты по этим генам - гипертолерантность лимфоцитов, аутоиммунное действие.
17) Роль цитокинов в дифференцировке Т-хелперов на периферии.
18) Негативные последствия несбалансированной дифференцировки Т-хелперов.