Организация генов Н-цепи также имеет особенности:
1. Существует 9 разных С-генов, кодирующих С-домены Н-цепей различных изотипов (γ1, γ2, γ3, γ4, α1, α2, μ, ε, δ).
2. V-гены тяжелой цепи состоят не из двух сегментов, а из трех: V-, D-, J-. D-сегмент (англ. diversity – разнообразие) кодирует от 1 до 9 аминокислотных остатков.
3. Любой из V-генов тяжелой цепи может соединяться с любым из С-генов.
4. Все С-гены, как и V-гены, имеют экзон-интронную структуру. Каждый домен кодируется отдельным экзоном, между последними расположены интроны.
5. В ходе иммунного ответа V-гены тяжелой цепи могут переключаться с С-гена одного класса на С-гены другого класса, что приводит к появлению антител одной и той же антительной специфичности, но принадлежащих к разным классам (IgM, IgG, IgA, IgE, IgD).
В общей сложности синтез Н-цепей иммуноглобулинов контролируют 200 вариантов V-генов, 20 вариантов D-генов, 4 варианта J-генов и 9 вариантов С-генов. Схематически полный ген Н-цепи иммуноглобулинов выглядит таким образом: L-ген – интрон – V-ген – интрон – D-ген – интрон – J-ген – интрон – С-ген.
Организация генов иммуноглобулинов в эмбриональном и соматическом геномах различна. В эмбриональном геноме зародышевые V-гены (как L-цепи, так и Н-цепи) отделены от участков С-генов, D– и J-сегментов многими тысячами пар нуклеотидов. В соматических клетках эти сегменты сближаются, хотя по-прежнему сохраняют экзон-интронную структуру. Сборка V-генов и сближение их с D-, J– и С-генами происходят с помощью особых сигнальных последовательностей, которые расположены на 3'-концах всех зародышевых V-генов и в инвертированном виде – на 5'-концах всех зародышевых J-генов. У D-сегментов сигнальные последовательности располагаются и на 5'-, и на 3'-концах.
Формирование полного гена L-цепи молекулы иммуноглобулина происходит следующим образом. Путем рекомбинации вначале лидерный сегмент с его интроном сливается с одним из V– и с одним из J-генов. Одновременно при этом происходит их сближение с С-геном. Образующийся блок из экзонов и интронов транскрибируется в единую мРНК. После этого все интроны из нее вырезаются и формируется с помощью механизма сплайсинга зрелая мРНК, представленная только генами V, J, C, которая и транслируется в единую цепь.
Благодаря избирательному соединению одного из V-генов с одним из J-генов подавляется выражение остальных V– и J-генов в данной лимфоидной клетке. Таким же образом происходит формирование гена и для Н-цепи, только в нем участвует и D-сегмент. Кроме того, в случае образования Н-цепи имеется дополнительная рекомбинация, с помощью которой происходит переключение синтеза тяжелой цепи одного класса на синтез тяжелой цепи другого класса. Обычно вначале синтезируются иммуноглобулины класса IgM, а затем происходит переключение на синтез иммуноглобулинов класса IgG или других классов.
Таким образом, существует три системы генов иммуноглобулинов: две – для L-цепи (одна – для λ, другая – для χ) и одна – для Н-цепи.
Общее число возможных рекомбинаций для Н-цепей иммуноглобулинов составляет:
Общее же число возможных рекомбинаций для всех иммуноглобулинов составляет:
Точки объединения зародышевых генов строго не фиксированы. Это увеличивает количество возможных вариантов полипептидных цепей, а в том случае, когда они участвуют в формировании активных центров, то и их разнообразия. Кроме того, в период созревания В-лимфоцитов в V-генах происходят точечные соматические мутации, которые окончательно подгоняют структуру активного центра антитела к структуре детерминанта антигена. Считается, что общее количество вариантов антител возрастает за счет неточности сплайсинга и соматических мутаций еще в 100 раз и составляет около 2 млрд:
Таким образом, приобретенный иммунитет может быть обеспечен к любому возбудителю, к любому возможному чужеродному антигену. Решающий вклад в обеспечение многообразия иммуноглобулинов (специфичности антител) вносят следующие факторы:
1) наличие множества зародышевых генов иммуноглобулинов;
2) внутригенные рекомбинации, обусловленные экзон-интронной структурой V-, D-, J-, C-генов;
3) ассоциация различных L-цепей с различными Н-цепями;
4) неточность сплайсинга;
5) соматические мутации V-генов в зрелых В-лимфоцитах.
Роль антител в формировании иммунитета
Благодаря своей способности специфически взаимодействовать с бактериальными клетками и продуктами их жизнедеятельности, в том числе с токсинами и ферментами, а также с другими микроорганизмами, антитела играют важную роль в формировании приобретенного постинфекционного, поствакцинального и пассивного иммунитета. Эта их роль заключается в том, что связываясь с токсинами, они нейтрализуют их действие и обеспечивают формирование антитоксического иммунитета. Связываясь с вирусами, особенно блокируя рецепторы, с помощью которых они адсорбируются на клетках, антитела создают иммунитет против вирусов. Образование комплекса антитело + антиген запускает классический путь активации системы комплемента со всеми его эффекторными последствиями (лизис бактерий, опсонизация, формирование очага воспаления, стимуляция системы макрофагов). Антитела, взаимодействуя с бактериями, опсонизируют их, т. е. делают их фагоцитоз более эффективным. В результате взаимодействия антител с растворимыми антигенами, выделяющимися в кровь, образуются так называемые циркулирующие иммунные комплексы, с помощью которых антигены выводятся из организма, в основном, желчью и мочой.
Следовательно, специфически распознавая антигены и связываясь с ними, антитела стимулируют активность всех систем иммунитета и тем самым способствуют освобождению организма от чужеродных агентов.
Разные классы иммуноглобулинов в неодинаковой степени участвуют в различных иммунологических реакциях.
Высокая нейтрализующая активность антител, принадлежащих к IgG, свидетельствует о важной роли их в антитоксическом иммунитете. Антитела IgM особенно активны в реакциях фагоцитоза с корпускулярными антигенами и поэтому играют существенную роль в антимикробном иммунитете. В реакциях нейтрализации вирусов особенно активны антитела IgA, следовательно, им принадлежит большая роль в противовирусном иммунитете. Кроме того, секреторные IgAs обусловливают местный иммунитет слизистых оболочек. Наконец, антитела IgE, обладающие гомоцитотропностью, опосредуют реакции гиперчувствительности немедленного типа.
Выработка антител по первичному и вторичному иммунному ответу
Различают два варианта выдачи иммунного ответа в форме биосинтеза антител: первичный ответ – после первой встречи организма с данным антигеном, и вторичный ответ – при повторном контакте его с одним и тем же антигеном спустя 2 – 3 недели. Внешне первичный и вторичный иммунный ответ различаются по следующим признакам (рис. 67): продолжительность латентного периода, скорость нарастания титра антител, общее количество синтезируемых антител, последовательность синтеза иммуноглобулинов различных классов. Клеточные механизмы первичного и вторичного иммунного ответа, как будет показано ниже, также отличаются.
Рис. 67. Выработка антител при первичном и вторичном иммунном ответе
Первичный иммунный ответ. 1) Биосинтез антител начинается не сразу после контакта с антигеном, а после некоторого латентного периода, продолжающегося 3 – 5 дней. В течение этого периода происходит процесс распознавания антигена и формирования клеток, которые способны синтезировать антитела к нему; 2) скорость синтеза антител относительно невелика; 3) титры синтезируемых антител не достигают максимальных значений; 4) первыми синтезируются антитела, относящиеся к иммуноглобулинам класса IgM, затем IgG. Позже всех появляются, да и то не во всех случаях, IgA и IgE.
Вторичный иммунный ответ. 1) Латентный период очень непродолжительный, в пределах нескольких часов; 2) кривая, характеризующая скорость накопления антител, идет значительно круче вверх, чем при первичном ответе, и имеет логарифмический характер; 3) титры антител достигают максимальных значений; 4) синтезируются сразу антитела, относящиеся к классу IgG.
Вторичный иммунный ответ обусловлен формированием клеток иммунной памяти.
Регуляция продукции антител
Существуют по крайней мере три системы регуляции продукции антител, или, в более широком плане, силы иммунного ответа. Одна из них действует на генетическом уровне, другая – на нейрогуморальном. Не исключено, что вторая подчинена первой. Давно было замечено, что введение одного и того же антигена индуцирует у разных индивидуумов данного вида появление различного количества антител: от нуля до высокого уровня. Исследование детей с наследственными иммунодефицитами позволило установить, что существуют разные генетические системы контроля иммунного ответа. Организм человека может быть неполноценным в отношении синтеза антител к определенному антигену или антител определенного класса иммуноглобулинов и в то же время выдавать нормальный иммунный ответ на другие антигены. Гены Ir, ответственные за силу иммунного ответа, тесно сцеплены с локусами главной системы гистосовместимости человека. Описано более 20 генов иммунного ответа.
