Взаимодействие антитело-антиген: идиотип, паратоп, аффинность и биосинтез иммуноглобулинов

Доменное строение иммуноглобулинов

Молекула иммуноглобулина (на примере IgG) построена по доменному принципу: тяжёлые (H) и лёгкие (L) цепи состоят из нескольких компактных третичных структур — доменов, связанных между собой. Каждая цепь содержит два типа доменов: вариабельные и константные.

• V_H — вариабельный домен тяжёлой цепи;
• V_L — вариабельный домен лёгкой цепи;
• C_H — константные домены тяжёлой цепи (несколько штук в зависимости от изотипа);
• C_L — константный домен лёгкой цепи.

Несмотря на название, константные домены могут различаться у разных особей по аллельным вариантам генов. Эти индивидуальные различия в C_H формируют аллотип — наследуемый аллельный вариант тяжёлой цепи.

Идиотип, идиотоп и паратоп

Совокупность вариабельных доменов V_H и V_L одной молекулы антитела образует идиотип. Идиотип складывается из множества идиотопов — отдельных антигенных детерминант самого антитела. По функции идиотопы делятся на две группы:

• Идиотопы, не ассоциированные с антиген-распознающим участком — расположены вне зоны связывания, способны присоединять металлы и обладают ферментативной (энзиматической) активностью;
• Идиотопы, ассоциированные с антиген-распознающим участком — непосредственно контактируют с эпитопом антигена; их совокупность образует паратоп.

Таким образом, паратоп — это активный центр антитела, представленный группой ассоциированных идиотопов. Площадь паратопа превышает площадь эпитопа: такой «люфт» необходим для последующей конформационной подгонки, поскольку организм заранее не знает точную структуру эпитопа.

Гипервариабельные участки и созревание аффинности

Внутри паратопа выделяют три гипервариабельных участка — CDR1, CDR2 и CDR3 (complementarity-determining regions). Именно они комплементарно взаимодействуют с эпитопом антигена. Изменение структуры CDR напрямую меняет специфичность антитела: специфичность к антигену полностью обусловлена строением гипервариабельных участков.

После первичного контакта эпитопа с идиотопами V_H и V_L:

• изменяется конформация антиген-распознающего участка;
• паратоп становится устойчив к протеолизу;
• в B-лимфоците запускается механизм соматической гипермутации генов вариабельных областей при участии цитокинов (в том числе интерлейкинов).

В результате паратоп подстраивается под эпитоп — происходит созревание аффинности.

Аффинность и авидность

Связывание антитела с антигеном осуществляется множеством нековалентных взаимодействий: водородными связями, гидрофобными, ван-дер-ваальсовыми и электростатическими.

• Аффинность — сила взаимодействия одного паратопа (одного идиотопа) с одним эпитопом; это «частное» понятие.
• Авидность — суммарная сила связывания всей молекулы антитела со всеми доступными эпитопами антигена; это «общее» понятие, особенно значимое для полимерных иммуноглобулинов (IgM, секреторный IgA).

Локализация антител в организме

Антитела встречаются в нескольких функциональных формах:

• в растворённой форме — в плазме крови и других биологических жидкостях;
• в составе циркулирующих иммунных комплексов (ЦИК) — связки антиген–антитело;
• в составе BCR (B-cell receptor) — мембранной формы IgM на поверхности B-лимфоцита;
• на поверхности клеток врождённого иммунитета (макрофаги, нейтрофилы и др.), несущих Fc-рецепторы к иммуноглобулинам.

Биосинтез иммуноглобулинов

Иммуноглобулины — белки, поэтому их синтез идёт на рибосомах шероховатого ЭПС плазматической клетки. Скорость трансляции высокая:

• лёгкая цепь синтезируется за 30–45 секунд;
• тяжёлая цепь — около 90 секунд.

Линейные полипептидные цепи в просвете ЭПС подвергаются фолдингу под действием шаперонов и формируют мультидоменные структуры. Между цепями образуются дисульфидные связи, катализируемые ферментом протеиндисульфидизомеразой. Далее происходят посттрансляционные модификации, прежде всего N-гликозилирование.

Готовые молекулы упаковываются в транспортные везикулы. Для IgM и секреторного IgA в везикуле происходит присоединение J-цепи (joining chain), необходимой для полимеризации мономеров. После этого иммуноглобулины секретируются мерокриновым путём. Полный цикл от трансляции до секреции занимает около 30 минут; одна плазматическая клетка за раунд выделяет порядка 200 молекул иммуноглобулинов.

Ключевые моменты

• Иммуноглобулины имеют доменное строение: V_H, V_L, C_H, C_L.
• Аллотип определяется аллельными вариантами константных доменов тяжёлой цепи.
• Идиотип = V_H + V_L; состоит из идиотопов, часть которых формирует паратоп.
• Специфичность антитела определяется гипервариабельными участками CDR1, CDR2, CDR3.
• Соматическая гипермутация при участии цитокинов обеспечивает подстройку паратопа к эпитопу.
• Аффинность — сила связи одного паратопа с одним эпитопом; авидность — суммарная сила всех взаимодействий.
• Антитела присутствуют в виде растворимых молекул, ЦИК, BCR и на Fc-рецепторах эффекторных клеток.
• Биосинтез на шероховатом ЭПС занимает ~30 минут; J-цепь присоединяется к IgM и IgA в везикулах.