Иммуноглобулины – механизмы генерации разнообразия
Структура молекулы иммуноглобулина G (150 k. Da) 2 типа легких цепей: κ и λ κ/λ = 20/1 - мышь = 2/1 - человек = 1/20 - корова Ig. G С-конец - гидрофобный у BCR, - гидрофильный у АТ 5 типов тяжелых цепей . δ, , , ε Рентгеноструктурный анализ молекулы Ig. G 5 классов или изотипов ИГ: Ig. M, Ig. D, Ig. G, Ig. A, Ig. E 4 подкласса Ig. G: Ig. G 1, 2, 3, 4 – у человека
Тяжелые и легкие цепи ИГ состоят из константных и вариабельных ИГ-доменов. ИГ домены имеют похожую структуру. Fab – Fragment antigen binding Fc – Fragment crystallizable F(ab)2 антитела – нет связывания с клетками через Fс-рецепторы, нет запуска эффекторных функций
Взаимодействие молекулы антитела с антигеном Вариабельность аминокислот не «размазана» по Vобласти молекулы ИГ, а сосредоточена в трех гипервариабельных областях V-области L- и H-цепей, образующих три CDRs (complementarity-determining regions) на концах петель V-домена.
Задача АТ – распознать и связаться с патогеном (АГ). Как оно делает это? – Распознавая комплементарную поверхность
Молекула АТ распознает небольшую область на поверхности антигена. Участок АГ распознаваемый молекулой АТ – антигенная детерминанта или эпитоп. Эпитопы – белковые (до 22 аминокислот), полисахаридные, гликопротеиновые. Эпитопы – линейные (определяются первичной структурой) и конформационные (определяются третичной структурой) Взаимодействие АГ-АТ – не ковалентное и обратимое, образованное электростатическими, гидрофобными взаимодействиями, водородными связями, силами Ван-дер-Ваальса. Менее сильное, чем ковалентное. Аффинность антитела – сила взаимодействия отдельного эпитопа со своим АГ-связывающим центром.
Генерирование разнообразия иммуноглобулинов Репертуар иммуноглобулинов или число вариантов специфичностей антител в организме человека – 1011 вариантов или больше. Как генерируется это разнообразие? Две теории: -1) Все варианты наследуются множественными зародышевыми генами. -2) Генерируется из небольшого числа вариантов последовательностей V-областей в ходе индивидуального развития В-клетки.
Организация ИГ-генов тяжелых и легких цепей в геноме человека и мыши. хромосома 14 Хромосома 2 хромосома 22
Гены иммуноглобулинов перестроены в В-клетках, но не в остальных клетках организма. Процесс – соматическая рекомбинация. Hinge
Четыре главных процесса генерируют разнообразие молекул антител: 1. Экзон V-области образуется от комбинации двух V-J (L-цепи) или трех V-D-J (Hцепи) наследуемых генных сегментов, существующих не в одном, а в нескольких вариантах комбинаторное разнообразие. 2. Junctional diversity – случайное добавление или удаление нуклетидов в процессе рекомбинации при образовании экзона V-области. 3. Разные комбинации наследуемых вариантов V-областей тяжелых и легких цепей. костный мозг вторичные лимфоидные органы 4. Соматический гипермутагенез вносит точечные мутации в перестроенные функциональные гены V-областей в активированных В-клетках зародышевых центров и обусловливает аффинное созревание популяции антител к данному АГ.
Образует пентамеры при секреции Образует димеры при секреции
Разнообразие эффекторных свойств антител Один и тот же VH экзон может ассоциироваться с различными CH генами в ходе иммунного ответа. V(D)J перестройка в костном мозге, далее – Ig. M на поверхности незрелой Вклетки в виде BCR, на поверхности зрелой – Ig. M+Ig. D, далее после стимуляции АГ – класс-переключение на другие изотипы.
Ко-экспрессия Ig. M и Ig. D на поверхности зрелой В-клетки. Это – не класс-переключение. В незрелой (immature) В-клетке – только Ig. M, в зрелой – Ig. M+Ig. D. Считывается один длинный первичный транскрипт с обоих экзонов - С и Сδ. В зависимости от сайта рестрикции и полиаденилирования образуется m. RNA Ig. M для Ig. D – процесс регулируется в ходе дифференцировки В-клетки.
Класс-переключение изотипов иммуноглобулинов Происходит в активированной АГ Вклетке через негомологичную рекомбинацию ДНК с безвозвратной потерей участка ДНК. В интронах – switch regions с повторяющимися консервативными последовательностями. Фермент AID (Activation-Induced (Cytidine) Deaminase) режет ДНК в switch regions, кусок ДНК с С и Cδ делетируется из хромосомы, замещаясь на экзоны С , С или Сε. Вклетка продуцирует только один из этих изотипов в каждый момент времени.
Трансмембранная и секретируемая форма ИГ появляются за счет альтернативного сплайсинга первичного транскрипта тяжелой цепи. Каждый изотип может быть в виде мембранной и секретируемой формы. У мембранной формы – гидрофобный трансмембранный домен из 25 а. к. на С-конце (MC), у секретируемой – гидрофильный домен (SC). Выбор формы (мембранной или секретируемой зависит от выбора сайта poly. A, по которому проходит расщепление и полиаденилирования РНК. При дифференцировке В-клетки в плазматическую – меньше мембранной формы, больше – секретируемой, процесс – регулируемый.
Антитела имеют дело с экстраклеточными формами патогенов и их токсических продуктов. Для доставки в разные части организма – диффузия + специальные средства для прохода через эпителий.
Эффекторные свойства разных классов иммуноглобулинов определяются их константными областями – способностью связываться с Fc-рецепторами и комплементом Ig. A 1 Ig. A 2
Ig. M – первые АТ в ходе иммунного ответа, не требует класспереключения, без соматического гипермутагенеза. Пентамерная структура Ig. M препятствует проникновению из крови в ткани. Область действия – кровь, лимфа
Ig. G, Ig. A, Ig. E: - Меньше по размерам, чем Ig. M, легко проходят из крови в ткани - Ig. A – димер, Ig. G/Ig. E – мономеры -Ig. G – кровь, межклеточная жидкость в тканях, опсонизация/нейтрализация/активация комплемента - Ig. A – основной изотип в секретах слизистых, нейтрализация - Ig. E – очень мало в крови, весь - на тучных клетках в соединительной ткани подслизистых и под кожей
Распределение изотипов ИГ в тканях и органах человека отличается определенной селективностью. Ig. G/Ig. M – кровь Ig. G/мономерный Ig. A – межклеточное пространство по всему организму Ig. G попадает в плод, проходя через плаценту с помощью Fc. Rn. Димерный Ig. A – эпителиальные секреты, грудное молоко Ig. E – тучные клетки в субэпителиальном слое ЖКТ, респираторного тракта, кожи. Результат: все внеклеточное пространство организма защищено с помощью разных изотипов
Скачать презентацию Иммуноглобулины механизмы генерации разнообразия Структура молекулы
Лекция 2. Иммуноглобулины, механизмы генерации разнообразия иммуноглобулинов.pptx