Базовые принципы и эволюция
Согласно классическому определению Р.В. Петрова, иммунитет — это способность многоклеточных организмов поддерживать гомеостаз (постоянство макромолекулярного состава) путем удаления чужеродных молекул. Чужеродными считаются любые продукты чужой генетической информации, которые организм может отличить от собственных. Если иммунная реакция ошибочно направляется против собственных тканей, развивается патология.
Эволюционно появление адаптивного иммунитета тесно связано с увеличением размеров живых организмов. Чем больше клеток, тем выше риск случайных мутаций и вирусной трансформации. Поэтому возникла необходимость в механизме защиты от агрессии изнутри — злокачественных новообразований.
Сам по себе адаптивный иммунитет — это крайне громоздкий, потенциально опасный и энергетически «дорогостоящий» инструмент. Однако он закрепился в эволюции благодаря одному важнейшему свойству — способности формировать клоны клеток памяти.
Базовый алгоритм работы включает три этапа:
- Распознавание антигенов: идентификация чужеродных объектов с помощью клонально распределенных рецепторов.
- Элиминация: непосредственное уничтожение и удаление антигена.
- Формирование памяти: фиксация «опыта» контакта для эффективной защиты в будущем.
Распознавание антигенов
За специфическое распознавание антигенов отвечают три типа молекул:
- Иммуноглобулины (антитела).
- Т-клеточные рецепторы (TCR) типа αβ.
- Т-клеточные рецепторы (TCR) типа γδ.
Все эти молекулы существуют в виде мембранных рецепторов на поверхности лимфоцитов. При этом иммуноглобулины уникальны тем, что могут существовать еще и как свободные, растворимые молекулы в жидкостях организма.
Строение иммуноглобулинов
Термин «иммуноглобулин» отражает белковую природу молекулы, а «антитело» — ее функциональную специфичность к конкретному антигену. Базовая единица (мономер) имеет массу 150–170 кДа и состоит из четырех полипептидных цепей, соединенных дисульфидными связями (их можно разрушить дитиотреитолом или меркаптопурином):
- Две тяжелые H-цепи (heavy): масса 100–120 кДа, состоят из 4–5 доменов.
- Две легкие L-цепи (light): масса 50–60 кДа, состоят из 2 доменов.
Каждый домен содержит около 110 аминокислот. Функционально молекула делится на две зоны:
- Вариабельные домены (V-домены): расположены на N-конце. V-домены тяжелой ($V_H$) и легкой ($V_L$) цепей совместно формируют антигенсвязывающий участок. Он распознает эпитоп за счет пространственной комплементарности.
- Константные домены (C-домены): имеют постоянную структуру. L-цепь содержит один такой домен ($C_L$), H-цепь — три или четыре ($C_H1$, $C_H2$ и т.д.). Они не связывают антиген, но определяют эффекторные функции антитела (например, активацию комплемента).
Под действием фермента папаина молекула расщепляется на три фрагмента: два Fab (Fragment antigen binding, антигенсвязывающие) и один Fc (Fragment cristallizable, кристаллизующийся).
Краткая история изучения
Изучение антител имеет богатую историю, отмеченную несколькими прорывами:
- 1890 г. — Э. Беринг и С. Китасато открыли антитела, доказав, что сыворотка кроликов способна нейтрализовать дифтерийный токсин.
- 1937 г. — А. Тизелиус выявил иммуноглобулины методом электрофореза во фракциях сывороточных белков.
- 1975 г. — Г. Кехлер и С. Мильштейн создали гибридомную технологию для получения моноклональных антител.
- Конец 1970-х гг. — С. Тонегава открыл явление соматической перестройки генов, объяснив колоссальное разнообразие антител.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какие эффекторные функции выполняют константные домены (C-домены) иммуноглобулинов?
Константные домены (C-домены) иммуноглобулинов определяют эффекторные функции антител и не связаны с распознаванием антигена. К основным эффекторным функциям, которые они обеспечивают, относятся:
- Взаимодействие с рецепторами клеток — связывание с клеточными структурами для реализации иммунного ответа.
- Активация комплемента — запуск каскада реакций системы комплемента.
Чем отличаются классы иммуноглобулинов (IgG, IgA, IgM, IgE, IgD) друг от друга?
Классы иммуноглобулинов отличаются друг от друга строением тяжелых цепей (H-цепей) и пространственной организацией.
| Класс | Изотип H-цепи | Пространственная организация | Особенности |
|---|---|---|---|
| IgG | $\gamma$ | Мономер | Основная мономерная форма |
| IgD | $\delta$ | Мономер | Основная мономерная форма |
| IgE | $\epsilon$ | Мономер | Большее количество константных доменов в тяжелой цепи |
| IgA | $\alpha$ | Димер | Содержит J-цепь, связывающую 2 мономера |
| IgM | $\mu$ | Пентамер | Содержит J-цепь, связывающую 5 мономеров |
В чем заключаются основные отличия врожденного иммунитета от адаптивного?
Основные отличия врожденного иммунитета от адаптивного заключаются в условиях формирования, объектах распознавания и наличии памяти.
| Характеристика | Врожденный иммунитет | Адаптивный иммунитет |
|---|---|---|
| Условия формирования | Формируется в онтогенезе вне зависимости от «запроса» | Формируется в ответ на «запрос» |
| Объект распознавания | Группы чужеродных молекул (образы патогенности) | Индивидуальные молекулы (антигены) |
| Эффекторные клетки | Миелоидные, частично лимфоидные клетки | Лимфоидные клетки |
| Тип реагирования | Популяция клеток реагирует как целое | Реакция на антиген клональная |
| Угроза аутоагрессии | Минимальная | Реальная |
| Наличие памяти | Отсутствует | Формируется иммунологическая память |
Какие клетки являются эффекторными в адаптивном иммунном ответе?
Эффекторными клетками в адаптивном иммунном ответе являются дифференцированные Т- и В-лимфоциты. К ним относятся:
- Цитотоксические Т-лимфоциты (CTL) — разрушают инфицированные клетки.
- Т-хелперы (Th1, Th2, Th17) — секретируют цитокины, активируют макрофаги и привлекают нейтрофилы.
- Плазматические клетки — образуются из В-лимфоцитов и непосредственно секретируют антитела.
Каков клеточный механизм формирования иммунологической памяти?
Клеточный механизм формирования иммунологической памяти заключается в параллельной дифференцировке наивных лимфоцитов при первичном иммунном ответе.
- В-клетки памяти — развиваются в апикальном отделе зародышевых центров из В-центроцитов. В них завершаются соматический гипермутагенез, переключение изотипов и созревание аффинитета.
- Т-клетки памяти — формируются с изменением сигнальных путей и спектра хемокиновых рецепторов. Они начинают экспрессировать изоформу CD45R0, способствующую более быстрой активации, а их рецепторы перемещаются в липидные рафты.
Клетки памяти не вовлекаются в текущий ответ, сохраняясь для защиты при повторной встрече с антигеном.
Чтобы легко запомнить результаты действия фермента папаина, представьте ножницы: они отрезают от целой молекулы два одинаковых «усика», связывающих антиген (2 Fab-фрагмента), оставляя одно основание (1 Fc-фрагмент). Итого: 1 молекула = 2 Fab + 1 Fc.
Вопросы с занятий и экзамена
В чем разница между врожденным и адаптивным иммунитетом?
Адаптивный иммунитет обладает узкой специфичностью, формирует эффекторные клетки de novo, создает иммунологическую память и способен эффективно защищать от злокачественных опухолей.
Чем иммуноглобулин отличается от антитела?
Это два названия одной молекулы. «Иммуноглобулин» описывает химическую структуру белка, а «антитело» подчеркивает его способность связываться с конкретным антигеном.
Где находится активный центр антитела?
Активный центр, распознающий антиген, формируется вариабельными доменами (V-доменами) легкой и тяжелой цепей, которые расположены на N-конце молекулы.
Что ещё разобрать по теме
- Механизмы соматической рекомбинации генов иммуноглобулинов (открытие С. Тонегавы)
- Принципы работы и строение Т-клеточных рецепторов (TCR αβ и γδ)
- Эффекторные функции Fc-фрагмента антител
- Гибридомная технология и синтез моноклональных антител
- Взаимодействие адаптивного иммунитета с опухолевыми клетками
Разберите тему целиком в курсе «Иммунология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Адаптивный иммунитет» и ещё 723 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 23 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Введение в иммунологию»
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.