Как и где вырабатываются антитела? Что такое антитела в крови — разновидности и показания к проведению анализа, норма и причины отклонений Образование антител в крови.
3367 0
Одной из основных функций иммунной системы является продукция растворимых белков, свободно циркулирующих и обладающих особыми свойствами, необходимыми для работы иммунной системы и защиты от чужеродных субстанций. Эти растворимые белки - антитела - относятся к классу белков, называемых глобулинами в связи с их глобулярной структурой.
Первоначально из-за способности к перемещению при электрофорезе их назвали γ-глобулинами (в отличие от более быстро перемещающихся альбумина, α-глобулинов и β-глобулинов). Теперь они известны под общим названием иммуноглобулины (Ig).
Иммуноглобулины экспрессируются в виде секретируемых и мембранных форм. Секретируемые антитела вырабатываются В-клетками на терминальной стадии дифференцировки - плазматическими клетками, которые служат фабриками по производству антител и располагаются в основном в костном мозге. Мембранные антитела присутствуют на поверхности В-клеток, где они служат антигенспецифичными рецепторами. Мембранная форма антитела, ассоциированная с гетеродимером, называемым Iga/Igp, образует В-клеточный рецептор (BCR). Гетеродимер Iga/Igp проводит внутрь клетки сигналы, связанные с активацией В-лимфоцита.
Структура иммуноглобулинов определяет некоторые свойства, необходимые для их участия в иммунном ответе. Двумя наиболее важными из этих свойств являются специфичность и биологическая активность. Как будет показано далее, специфичность обусловлена определенной областью молекулы антитела, которая содержит гипервариабельный участок, или участок, определяющий комплементарность (CDR). Этот участок ограничивает связь антитела только с теми субстанциями, которые содержат одну определенную антигенную структуру.
Существование огромного разнообразия потенциальных антигенных детерминант, или эпитопов, обусловило эволюцию системы в направлении продукции такого спектра молекул антител, чтобы каждая из них была способна комбинироваться со строго определенной (частной) антигенной структурой. Все вместе - репертуар антител - характеризуется большим разнообразием в отношении типов молекулярных структур, с которыми они способны реагировать, однако по отдельности эти антитела проявляют высокий уровень специфичности, поскольку одно антитело способно реагировать только с одной определенной антигенной структурой.
Хотя количество антител разных специфичностей, способных реагировать со многими структурными единицами, очень велико, биологические эффекты таких реакций довольно немногочисленны. К ним относятся: нейтрализация токсинов, иммобилизация микроорганизмов, нейтрализация вирусной активности, агглютинация (скопление) микроорганизмов или антигенных частиц, связывание растворимого антигена, ведущее к образованию преципитатов (которые активно элиминируются фагоцитирующими клетками) и активация сывороточного комплемента для усиления лизиса микроорганизмов или фагоцитоза и деструкции, осуществляемых либо фагоцитирующими клетками, либо лимфоцитами-киллерами.
Еще одним важным биологическим свойством антител является их способность проникать через плаценту от матери к плоду. Не все молекулы антител способны одинаково выполнять все эти биологические функции.
Различия в биологических функциях антител определяются их изотипической структурой (классом). В то время как одна часть молекулы антитела должна легко подвергаться адаптации, чтобы обеспечить возможность приспосабливаться к "большому числу эпитопов, другая часть должна легко адаптироваться для выполнения биологических функций, общих для многих антител.
Определение структуры антител, установление взаимосвязи между их структурой и функцией и выявление генетической организации молекул иммуноглобулинов в значительной степени способствовали нашему пониманию эволюционирования иммунной системы. Весь антительный репертуар представляет собой сложную, высокоспециализированную систему, в которой различные структуры (иммуноглобулины) распознают одно и то же - антиген, но комплекс иммуноглобулина с антигеном определяет развитие множества различных биологических эффектов. В этой главе описываются структурные и биологические свойства иммуноглобулинов.
Обнаружение антител и определение их характеристик
Антитела содержатся в сыворотке крови, которую получают после ее свертывания и удаления образовавшегося сгустка с находящимися в нем клетками и факторами свертывания. При электрофорезе сыворотки (разделении в электрическом поле) в условиях слабощелочной среды (рН 8,2), в ней, как правило, можно различить пять основных компонентов (рис. 4.1). Было показано, что антитела содержатся в области γ-глобулинов, где располагаются самые медленные с точки зрения миграции относительно анода элементы. После выявления этой закономерности провели простое сравнение элекрофоретических профилей антисыворотки, взятой у гипериммунизированного кролика (получившего многоразовую иммунизацию тест-антигеном) до и после удаления тестируемых антигенспецифичных антител, для чего провели преципитацию с антигеном.Эта процедура привела к уменьшению размера только фракции γ-глобулинов. Анализ показал, что когда эта фракция собиралась отдельно, в ней содержались все определяемые антитела. Позднее было показано, что активность антител присутствует не только в γ-глобулиновой фракции, но и в области, несколько более близкой к аноду. В результате все глобулярные белки, обладающие свойствами антител, были в основном отнесены к иммуноглобулинам, что подтверждает γ-пик (см. рис. 4.1).
Ширина электрофоретических пиков свидетельствует, что они представляют гетерогенную смесь иммуноглобулиновых молекул с немного различающимися зарядами. Эта гетерогенность была одним из первых препятствий на пути определения структуры антител, поскольку аналитическая химия в качестве первичного материала требует гомогенных материалов, способных кристаллизоваться.
Эта проблема была частично решена после открытия миеломных белков, которые являются гомогенными иммуноглобулинами, производимыми потомством одной плазматической клетки, подвергшейся опухолевой трансформации при злокачественном заболевании, называемом множественной миеломой. Это наглядно демонстрирует форма ү-глобулинового зубца элекрофореграммы сывороточных белков больного множественной миеломой (см. рис. 4.1). Когда выяснили, что некоторые миеломные белки связывают антиген, стало очевидно, что с ними можно обращаться, как с типичными молекулами иммуноглобулина.
Рис. 4.1. Электрофоретическая мобильность белков сывороток, полученных от нормального индивидуума (голубая) и больного с lgG-миеломой (красная) (с любезного разрешения д-ра С Miller, School of Medicine, University of California at Davis)
Другим подспорьем в исследованиях структуры антител стало открытие белков Бенс-Джонса в моче. Эти гомогенные белки, определяемые в больших количествах у некоторых больных множественной миеломой, являются димерами κ- или λ-легких цепей иммуноглобулинов. Они оказались очень полезными при определении структуры этой части иммуноглобулиновой молекулы. Сегодня разработана эффективная методика гибридизации двух клеток (гибридомная технология), которая позволяет получать большое количество гомогенных препаратов моноклональных антител практически любой специфичности.
Структура легких и тяжелых цепей
Структурные характеристики антител начали анализировать в 1959 г. после двух открытий, показавших, что эти молекулы могут быть разделены на части, пригодные для дальнейшего исследования. В Англии Р. Р. Портер (R.R., Porter) обнаружил, что после протеолитического расщепления молекулы иммуноглобулина (молекулярная масса 150000 Да) ферментом папаином получаются три фрагмента примерно одинаковой величины (рис. 4.2). Два фрагмента сохраняют способность к специфическому связыванию антигена, хотя в отличие от интактной молекулы утрачивают способность к преципитации антигена в растворе.
Рис 4.2. Протеолитическое расщепление иммуноглобулина с использованием папаина и пепсина
Эти два фрагмента назвали Fab-фрагментами (fragment antigen binding - фрагмент, связывающий антиген), их считают моновалентными (имеющими по одному связывающему центру) и идентичными по всем параметрам. Третий фрагмент может быть выкристаллизован из раствора, что указывает на его явную гомогенность. Он называется Fc-фрагментом (crystallizable fragment - кристаллизуемый фрагмент). Он не может связываться с антигеном, но, как было показано в дальнейшем, отвечает за биологические функции молекулы антитела после того, как антиген связывается с Fab-фрагментом интактной молекулы.
Примерно в то же время в США Д. Г. Эдельман (D. H.Edelman) обнаружил, что при воздействии меркаптоэтанола (реактива, разрушающего S - S-мостики) молекула γ-глобулина значительно уменьшается; она разделяется на четыре цепи: две одинаковые легкие цепи молекулярной массой около 53000 Да каждая и две другие примерно по 22000 Да каждая. Более крупные молекулы были названы тяжелыми (heavy - Н) цепями, а более мелкие - легкими (light - L). На основании этих результатов была определена структура молекул иммуноглобулина, как она представлена на рис. 4.2.
В последующем была доказана принципиальная правильность модели, а Р. Р. Портер и Д. Г. Эдельман поделили Нобелевскую премию за открытие структуры антител. Таким образом, все молекулы иммуноглобулина имеют базовую структуру, состоящую из четырех полипептидных цепей - двух одинаковых тяжелых и двух одинаковых легких, связанных несколькими дисульфидными мостиками. Следует отметить, что папаин расщепляет иммуноглобулиновую молекулу в N-терминальном конце шарнирной области до дисульфидного мостика, в результате чего получаются два моновалентных Fab- и Fc-фрагмента.
В отличие от папаина пепсин расщепляет шарнирную область в С-терминальном конце ниже дисульфидного мостика, что приводит к получению двухвалентного фрагмента, названного F(ab")2, в котором содержатся два Fab-фрагмента, соединенных дисульфидным мостиком, а также несколько Fc-субфрагментов (см. рис. 4.2). Детально базовая структура молекулы иммуноглобулина, состоящая из двух гликозилированных тяжелых и двух легких цепей, представлена на рис. 4.3.
Заметьте, что кроме дисульфидных мостиков между цепями, которые удерживают их вместе, внутри каждой тяжелой и легкой цепи содержатся дисульфидные мостики создающие иммуноглобулиновые (петлевые) домены, которые формируют антипараллельную β-складку - структуру, характерную для молекул антител. Другие молекулы, принадлежащие к так называемому суперсемейству иммуноглобулинов, также обладают этим структурным признаком.
Рис. 4.3. Молекула иммуноглобулина с наличием иммуноглобулиновых петлевых доменов, сформированных дисульфидными мостиками внутри цепей
Как в случае с другими белками, иммуноглобулины одного вида иммуногенны для другого вида. Использование иммуноглобулинов определенного вида в качестве иммуногенов у другого вида позволяет вырабатывать различные антисыворотки, которые способны распознавать структуру разных цепей иммуноглобулинов. При совместном использовании биохимических и серологических (с использованием сывороточных антител) методов было показано, что почти у всех исследованных видов животных имеются два основных класса легких цепей: κ и λ.
У животных каждого вида продуцируются легкие цепи обоих типов, но соотношение κ- и λ-цепей различны для каждого вида (у мыши 95 % κ-цепей, у человека 60%). Однако в любой молекуле иммуноглобулина обе легкие цепи всегда или κ-, или λ-типа; никогда не бывает по одной цепи каждого типа. Хотя существует всего два типа легких цепей, было показано, что иммуноглобулины практически у всех видов состоят из пяти разных классов (изотипов), различающихся по структуре тяжелых цепей.
Эти тяжелые цепи различаются по антигенным свойствам (серологически), содержанию углеводородов и размеру. Более важно то, что они определяют различные биологические свойства, присущие каждому изотипу. Тяжелые цепи, чьи константные области являются производными генов тяжелых цепей иммуноглобулинов, обозначаются греческими буквами, как показано в табл. 4.1.
Гены, кодирующие константные области тяжелых цепей, обозначаются сходным образом. Поэтому гены, кодирующие константные (С) области, отвечающие за μ, δ, γ, α и ε тяжелые цепи, называются Сμ, Сδ, Сγ, Сα, Сε соответственно.
Таблица 4.1. Распределение иммуноглобулинов по изотипам в соответствии с наличием тяжелых цепей
У представителей любого вида есть тяжелые цепи в пропорциях, характерных для данного вида, но в любой молекуле антитела обе тяжелые цепи идентичны (например 2γ, 2ε). Таким образом, молекула антитела класса IgG может иметь структуру κ2γ2 с двумя идентичными легкими κ-цепями и двумя тяжелыми γ-цепями. В отличие от этого антитело класса IgE может иметь структуру κ2ε2 или λ2ε2. В каждом случае именно природа тяжелых цепей придает молекуле ее уникальные биологические свойства, такие как период полураспада в кровотоке, способность связываться с определенными рецепторами и активировать ферменты в комбинации с антигенами.
Дальнейшее определение характеристик этих изотипов с помощью специфических антисывороток привело к выявлению ряда подклассов, имеющих более тонкие отличия. Так, основной класс IgG человека может быть разделен на подклассы IgG1 IgG2, IgG3 и IgG4. Иммуноглобулин А также был разделен на два подкласса: IgA1 и lgA2. Подклассы отличаются друг от друга по числу и организации дисульфидных мостиков между цепями, а также по изменениям в других структурных свойствах. Эти изменения в свою очередь вызывают изменения функциональных свойств, как описано далее.
Домены
На ранних этапах исследования структуры иммуноглобулинов стало ясно, что кроме дисульфидных мостиков, которые удерживают вместе легкие и тяжелые цепи, а также две тяжелые цепи, внутри каждой цепи существуют дисульфидные мостики, формирующие петли в структуре каждой цепи. Глобулярная структура иммуноглобулинов и способность ферментов расщеплять эти молекулы на крупные составляющие в строго определенных местах, а не разрушать их до олигопептидов и аминокислот, указывает на чрезвычайную компактность структуры.Более того, наличие дисульфидных мостиков внутри цепи через регулярные и примерно равные промежутки по 100-110 аминокислот означает, что каждая петля в пептидных цепях должна формировать компактно сложенный глобулярный домен. В действительности каждая легкая цепь имеет по два домена, а тяжелые цепи - по четыре или пять доменов, разделенных несложно организованными отрезками (см. рис. 4.3). Наличие таких конфигураций было подтверждено прямыми наблюдениями и с помощью генетического анализа.
Молекулы иммуноглобулинов собраны из отдельных доменов, каждый из которых располагается вокруг дисульфидного мостика и настолько гомологичен остальным, что можно предположить, что они развились из одного общего гена-предшественника, который дуплицировал себя несколько раз, а затем изменил свою аминокислотную последовательность, чтобы получившиеся разные домены выполняли различные функции. Каждый домен обозначают буквой, означающей его принадлежность к легкой или тяжелой цепи, и числом, указывающим его положение.
Как мы детально рассмотрим далее, первый домен на легкой и тяжелой цепях всех антител крайне вариабелен по последовательности аминокислот; он обозначается как VL и VH соответственно (см. рис. 4.3). Второй и последующие домены на обеих тяжелых цепях гораздо более постоянны по последовательности аминокислот и обозначаются CL или Сн1, Сн2 и Сн3 (см. рис. 4.3). В дополнение к дисульфидным мостикам между цепями глобулярные домены связываются друг с другом в гомологичные пары в основном за счет гидрофобных взаимодействий в следующем порядке: VHVL, Ch1Cl, Сн2Сн2, Сн3Сн3.
Шарнирная область
У иммуноглобулинов (возможно, за исключением IgM и IgE) шарнирная область состоит из короткого сегмента аминокислот и обнаруживается между участками Сн1 и Сн2 тяжелых цепей (см. рис. 4.3). Этот сегмент состоит преимущественно из остатков цистеина и пролина. Цистеины вовлечены в формирование дисульфидных мостиков между цепями, а пролиновые остатки предотвращают складывание в глобулярную структуру. Этот участок тяжелой цепи отвечает за важную структурную характеристику иммуноглобулинов.Он обеспечивает подвижность между двумя Fab-фрагментами Ү-образной молекулы антитела. Это позволяет Fab-фрагментам открываться и закрываться, чтобы обеспечивать связывание с двумя эпитопами, разделенными фиксированным промежутком, что может наблюдаться на поверхности бактерии. Кроме того, поскольку этот отрезок аминокислот открыт и доступен, как любой другой несвернутый пептид, он может быть расщеплен протеазами для получения Fab- и Fc-фрагментов, описанных ранее (см. рис. 4.2).
Вариабельная область
Биологические функции молекулы антитела проистекают из свойств константной области, которая идентична для антител любой специфичности внутри определенного класса. При этом часть молекулы, которая связывается с эпитопом, составляет вариабельную область. Основной проблемой для иммунологов было определение, каким образом вариабельная область может обеспечить такое большое разнообразие индивидуальных специфичностей, которое необходимо для соответствия огромному количеству антигенов.Когда была определена последовательность аминокислот у белков с высокой однородностью (например, миеломные белки и белки Бенс-Джонса), обнаружили, что наибольшая вариабельность последовательностей существует для 110 N-терминальных аминокислот как легкой, так и тяжелой цепей. Е.А.Кабат (E.A.Kabat) и Т.Т.Ву (T.T.Wu) сравнили последовательность аминокислот многих Vl- и Vн-областей. Они схематически представили вариабельность аминокислот в каждой позиции цепи и показали, что наибольшая степень вариабельности (определяемая соотношением числа различных аминокислот в данной позиции к частоте наиболее характерных аминокислот в данной позиции) наблюдается в трех областях легкой и трех областях тяжелой цепи.
Эти участки называются гипервариабельными. Менее вариабельные участки, которые находятся между гипервариабельными участками, называются каркасными. Теперь известно, что гипервариабельные участки принимают участие в связывании антигена и формируют регион, комплементарный по структуре эпитопу антигена. Исходя из этого, гипервариабельные участки называются участками, определяющими комплементарность легких и тяжелых цепей: CDR1, CDR2 и CDR3 (рис. 4.4).
Рис. 4.4. Вариабельность аминокислот, составляющих N-концевые остатки VHf в молекуле иммуноглобулина
Гипервариабельные участки, хотя и разделены в линейной двухмерной модели пептидных цепей, в действительности приближены друг к другу в свернутой форме интактной молекулы антитела. Вместе они составляют антигенсвязывающий центр, комплементарный эпитопу (рис. 4.5).
Рис. 4.5. Комплементарность между эпитопом и анти генсвязывающим центром, состоящим из гипервариабельных участков L- и Н-цепей. Пронумерованные буквы обозначают CDR тяжелой и легкой цепей, номера в кружках - номера аминокислотных остатков в CDR
Вариабельность этих CDR обеспечивает различия в конфигурации антигенсвязывающего центра, которые необходимы для функционирования антител различной специфичности. Все известные силы, вовлеченные во взаимодействие антиген - антитело, являются слабыми нековалентными взаимодействиями (например, ионные, водородные, ван-дер-ваальсовы силы и гидрофобные взаимодействия). Поэтому необходимо, чтобы между антигеном и антителом был тесный контакт в достаточно большой области, чтобы обеспечить общую связывающую силу, адекватную для устойчивого взаимодействия. В соединении между эпитопом и антителом участвуют и тяжелая, и легкая цепи.
Теперь должно быть ясно, что две молекулы антитела с разной антигенной специфичностью должны иметь и различную последовательность аминокислот в своих гипервариабельных участках, а те, которые обладают одинаковой последовательностью, обычно имеют и одинаковую специфичность. Однако существует возможность, что два антитела с разной последовательностью аминокислот обладают специфичностью к одному и тому же эпитопу. В этом случае аффинность связывания антител с эпитопом будет, вероятно, различной, поскольку будут существовать различия в числе и типах связывающих сил, доступных для связывания идентичных антигенов с разными связывающими участками двух антител.
Дополнительный источник вариабельности может заключаться в размере антигенсвязывающего участка на антителе, который обычно (но не всегда) имеет форму углубления или щели. В некоторых случаях, особенно если вовлечены небольшие гидрофобные гаптены, эпитопы занимают не весь антигенсвязывающий участок. Однако при этом достигается достаточная аффинность связывания. Было показано, что антитела, специфичные для таких небольших гаптенов, могут в действительности реагировать с другими антигенами, не обладающими явным сходством с гаптеном (например, динитрофенол и эритроциты барана). Эти большие отличающиеся антигены связываются или с большим участком, или же с другим участком антигенсвязывающего центра на антителе (рис. 4.6).
Рис. 4.6. Варианты того, как антитело (АТ1) определенной специфичности может проявлять способность к связыванию с двумя различными эпитопами (АГ1 и АГ2)
Таким образом, способность определенного антигенсвязывающего центра связываться с двумя (или более) действительно различными эпитопами называют избыточностью. Способность одной молекулы антитела перекрестно реагировать с неопределенным числом эпитопов может уменьшить количество антител, необходимых для защиты индивида от широкого спектра агрессивных антигенов.
Р.Койко, Д.Саншайн, Э.Бенджамини
Антитела - белки сыворотки крови и других биологических жидкостей, которые синтезируются в ответ на введение антигена и обладают способностью специфически взаимодействовать с антигеном, вызвавшим их образование, или с изолированной детерминантной группой этого антигена (гаптеном).
Защитная роль А. как факторов гуморального иммунитета обусловлена их антигенраспознающей и антигенсвязывающей активностью и рядом эффекторных функций: способностью активировать систему комплемента, взаимодействовать с различными клетками, усиливать фагоцитоз. Эффекторные функции А. реализуются, как правило, после их соединения с антигеном, вслед за которым происходит удаление чужеродного агента из организма. При инфекциях появление в крови больного А. против возбудителя инфекции свидетельствует о сопротивлении организма данной инфекции, а уровень антител служит мерой напряженности иммунитета.
Впервые появление в крови у животных веществ, которые специфически взаимодействовали с введенными ранее токсинами бактерий, обнаружили в 1890 г. Беринг и Китасато (Е. Behring, S. Kitasato). Вещество вызывало обезвреживание токсина и было названо антитоксином. Более общий термин «антитела» был предложен, когда выявили возникновение подобных веществ при введении в организм любых чужеродных агентов. Первоначально о появлении и накоплении А. судили по способности исследуемых сывороток давать при соединении с антигенами видимые серологические реакции или по их биологической активности - способности нейтрализовать токсин, вирус, лизировать бактерии и чужеродные клетки. Предполагали, что каждому феномену соответствуют особые А. Однако впоследствии оказалось, что тип антиген - антитело реакции определяется физическими свойствами антигена - его растворимостью, а антитела разной специфичности и видового происхождения принадлежат к гамма-глобулиновой фракции крови или, по номенклатуре ВОЗ, к иммуноглобулинам (lg). Иммуноглобулины - это совокупность сывороточных белков, несущих активность антител. Позже была обнаружена гетерогенность по физико-химическим свойствам и сродству к антигену антител одной специфичности, выделенных от одного индивида, и показано, что они синтезируются в организме разными клонами плазматических клеток. Важным шагом в изучении строения антител стало использование с этой целью миеломных белков - гомогенных иммуноглобулинов, синтезируемых одним клоном плазматических клеток, подвергшихся малигнизации.
Классы иммуноглобулинов и их физико-химические свойства. Иммуноглобулины составляют около 30% всех белков сыворотки крови. Их количество значительно возрастает после антигенной стимуляции. Антитела могут принадлежать к любому из пяти классов иммуноглобулинов (lgA, lgG, lgM, lgD, lgE). Молекулы иммуноглобулинов всех классов построены из ептидных цепей двух видов: легких (L) с молекулярной массой около 22000, одинаковых для всех классов иммуноглобулинов, и тяжелых (Н) с молекулярной массой от 50000 до 70000 в зависимости от класса иммуноглобулина. Структурные и биологические особенности каждого класса иммуноглобулинов обусловлены особенностями строения их тяжелых цепей. Основной структурной единицей иммуноглобулинов всех классов является димер двух идентичных пар легкой и тяжелой цепей (L-Н) 2 .
Иммуноглобулин G (lgG) имеет молекулярную массу около 160000, молекула состоит из одной (L-Н) 2 -субъединицы и содержит два антигенсвязывающих центра. Это основной класс антител, составляющий до 70-80% от всех иммуноглобулинов сыворотки крови. Концентрация lgG в сыворотке крови 6-16 г/л . В процессе первичного иммунного ответа (после первичного введения антигена) он появляется позднее lgM-антител, но образуется раньше при вторичном иммунном ответе (после повторного введения антигена). lgG - единственный класс антител, которые проникают через плаценту и обеспечивают иммунологическую защиту плода, активируют систему комплемента, обладают цитофильной активностью. Благодаря высокому содержанию в сыворотке крови lgG имеет наибольшее значение в противоинфекционном иммунитете. Поэтому об эффективности вакцинации судят по наличию его в сыворотке крови.
Иммуноглобулин М (lgM) имеет молекулярную массу 900000. молекула состоит из 5 (L-Н) 2 -субъединиц, скрепленных дисульфидными связями и дополнительной пептидной цепью (J-цепь). lgM составляет 5-10% от всех иммуноглобулинов сыворотки крови; концентрация его в сыворотке крови 0,5-1,8 г/л . Антитела этого класса образуются при первичном иммунном ответе, Молекула lgM содержит 10 активных центров, поэтому lgM особенно эффективен против микроорганизмов, содержащих в мембране повторяющиеся антигенные детерминанты. lgM обладает высокой агглютинирующей активностью, сильным опсонизирующим эффектом, активирует систему комплемента. В виде мономера является антигенсвязывающим рецептором В-лимфоцитов.
Иммуноглобулин A (lgA) составляет 10-15% от сывороточных иммуноглобулинов; концентрация его в сыворотке 1-5 г/л крови. lgA существует в виде мономера, димера, тримера (L-Н) 2 -субъединицы. В виде секреторного lgA (slgA), устойчивого к протеазам, является основным глобулином экстраваскулярных секретов (слюны, слезной жидкости, носового и бронхиального секретов, поверхности слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта). lgA-антитела обладают цитофильной активностью, агглютинируют бактерии, активируют систему комплемента, нейтрализуют токсины, создают защитный барьер в местах наиболее вероятного проникновения инфекционных агентов. Уровень lgA в сыворотке крови возрастает при перинатальных инфекциях, заболеваниях дыхательных путей.
Иммуноглобулин Е (lgE) имеет вид мономера (L-Н) 2 -субъединицы и молекулярную массу около 190000. В сыворотке крови содержится в следовых количествах. Обладает высокой гомоцитотропной активностью, т.е. прочно связывается с тучными клетками соединительной ткани и базофилами крови. Взаимодействие связанных с клетками lgE с родственным антигеном вызывает дегрануляцию тучных клеток, высвобождение гистамина и других вазоактивных субстанций, что приводит к развитию гиперчувствительности немедленного типа. Ранее антитела lgE-класса назывались реагинами.
Иммуноглобулин D (lgD) существует в виде мономерного антитела с молекулярной массой около 180000. Концентрация его в сыворотке крови 0,03-0,04 г/л . lgD в качестве рецептора присутствует на поверхности В-лимфоцитов.
Структура антител и их специфичность . Общий план строения макромолекулы обычно рассматривают в отношении lgG-антател. включающих одну (L-Н) 2 -субъединицу. При ограниченном протеолизе папаином молекулы А этого класса распадаются на два идентичных Fab-фрагмента и Fc-фрагмент. Каждый Fab-фрагмент содержит по одному активному центру, или антидетерминанте, т.к. соединяется с антигеном, но не может его преципитировать. В организации активного центра принимают участие вариабельные участки легкой и тяжелой цепей.
Fc-фрагмент не связывает антиген. В его состав входят константные участки тяжелых цепей. В Fc-фрагменте расположены центры, ответственные за эффекислоторные функции, общие для всех А. одного класса. Схематически молекулу lgG-антител можно представить в виде буквы Y, верхние плечи которой составляют идентичные Fab-фрагменты, а нижний отросток является Fc-фрагментом.
Иммунная система позвоночных способна синтезировать 10 5 - 10 8 молекул А. разной специфичности. Специфичность - важнейшее свойство А., позволяющее им избирательно реагировать с тем антигеном, которым был стимулирован организм. Специфичность А. определяется уникальностью строения антидетерминанты и является результатом пространственного соответствия (комплементарности) между детерминантой антигена и аминокислотными остатками, выстилающими полость анти-детерминанты. Чем выше комплементарность, тем большее число нековалентных связей возникает между детерминантой антигена и аминокислотными остатками антидетерминанты и тем прочнее, стабильнее образующийся иммунный комплекс. Различают аффинность антител, которая является мерой прочности связывания одной антидетерминанты с детерминантой, и авидность антител - суммарную силу взаимодействия поливалентного А. с полидетерминантным антигеном. Хотя А. способны различать незначительные изменения в структуре антигена, известно, что они могут реагировать и с детерминантами сходной структуры. Антитела одной специфичности представлены пулом молекул с разной молекулярной массой, электрофоретической подвижностью и разным сродством к антигену.
Для получения однородных по специфичности и сродству к антигену антител применяют гибридому - гибрид моноклона антителопродуцирующей клетки с клеткой миеломы. Гибридома приобретает способность продуцировать в неограниченном количестве моноклональные А., абсолютно идентичные по классу и типу молекул, по специфичности и сродству к антигену. Моноклональные А. - наиболее перспективное диагностическое и лечебное средство.
Виды антител и их синтез. Различают полные и неполные А. Полные А. имеют в молекуле не менее двух активных центров и при соединении с антигенами дают видимые серологические реакции. Могут быть тепловые и холодовые полные А., которые реагируют с антигеном соответственно при t° 37° или при 4°. Известны двухфазные, биотермические А. Они соединяются с антигеном при низких температурах, а видимый эффект соединения проявляется при 37°. Полные А. могут принадлежать ко всем классам иммуноглобулинов. Неполные А. (моновалентные, непреципитирующие, блокирующие, агглютиноиды) содержат в молекуле одну антидетерминанту вторая антидетерминанта или замаскирована, или обладает низкой аффинностью.
Неполные А. не дают при соединении с антигеном видимых серологических реакций. Их выявляют по способности блокировать реакцию специфического антигена с полными А. той же специфичности либо с помощью антиглобулинового теста - так называемые пробы Кумбса. К неполным А. относятся антитела к резус-фактору.Нормальные (естественные) А. обнаруживают в крови животных и человека при отсутствии явной инфекции или иммунизации. Антибактериальные нормальные А. возникают, вероятно, в результате постоянного, незаметного контакта с данными бактериями. Предполагают, что они могут определять индивидуальную устойчивость организма к инфекциям. К нормальным А. относят изоантитела, или алло-антитела (см. Группы крови ). Нормальные А., как правило, представлены lgM.
Синтез молекул иммуноглобулинов осуществляется в плазматических клетках. Тяжелые и легкие цепи молекулы синтезируются на разных хромосомах и кодируются разными наборами генов.
Динамика выработки А. в ответ на антигенный стимул зависит от того, впервые или повторно организм сталкивается с данным антигеном. При первичном иммунном ответе появлению А. в крови предшествует латентный период продолжительностью 3-4 дня. Первые образующиеся А. принадлежат к lgM. Затем количество А. резко возрастает и происходит переключение синтеза с lgM- на lgG-антитела. Максимум содержания А. в крови приходится на 7-11-е сутки, после чего их количество постепенно снижается. Для вторичного иммунного ответа характерны укороченный латентный период, более быстрое нарастание титров А. и большее их максимальное значение. Характерно образование сразу lgG-антител. Способность к иммунному ответу по вторичному типу сохраняется в течение многих лет и представляет собой проявление иммунологической памяти, примерами которой может служить противокоревой и противооспенный иммунитет.
Современные теории образования антител . Образование А. является результатом межклеточного взаимодействия, возникающего под влиянием иммуногенного стимула. В клеточной кооперации участвуют три типа клеток: макрофаги (А-клетки). лимфоциты тимусного происхождения (Т-лимфоциты) и лимфоциты костномозгового происхождения (В-лимфоциты). Т- и В-лимфоциты имеют на своей поверхности генетически детерминированные рецепторы для антигенов самой разнообразной специфичности. Т о., распознавание антигена сводится к отбору (селекции) клонов Т- и В-лимфоцитов, несущих рецепторы данной специфичности. Иммунный ответ осуществляется по следующей схеме. Антиген, попадая в организм, поглощается макрофагами и перерабатывается ими в иммуногенную форму, которая распознается иммуноглобулиноподобными рецепторами Т-лимфоцитов (помощников), специфичными к данному антигену. Молекулы антигена, связанные с иммуноглобулиновыми рецепторами, отрываются от Т-лимфоцитов и присоединяются к макрофагам через Fc-рецепторы иммуноглобулинов. На макрофагах образуется таким способом «обойма» антигенных молекул, которая распознается специфическими рецепторами В-лимфоцитов. Только такой массированный сигнал может вызвать пролиферацию и дифференцировку В-лимфоцита (предшественника) в плазматическую клетку. Следовательно, Т- и В-лимфоциты распомают различные детерминанты на одной молекуле антигена. Клеточная кооперация возможна лишь при наличии двойного распознавания.
Феномен двойного распознавания заключается в том, что Т- и В-лимфоциты распознают чужеродную антигенную детерминанту только в комплексе с продуктами генов основного комплекса гистосовместимости своего организма. Известно, что клеточной кооперации между аллогенными клетками не происходит. Вероятно, ассоциация антигенной детерминанты со своими поверхностными структурами осуществляется на поверхности макрофагов в процессе переработки антигена в иммуногенную форму, а также на поверхности лимфоцитов.Выделение антител и их очистка . Различают неспецифические и специфические методы выделения А. К неспецифическим относят методы фракционирования иммунных сывороток, в результате которых получают фракции, обогащенные А., чаще всего фракцию lgG-антител. К ним относятся высаливание иммуноглобулинов сернокислым аммонием или сернокислым натрием, осаждение иммуноглобулинов спиртом, методы препаративного электрофореза и ионообменной хроматографии и гель-хроматографии. Специфическая очистка основана на выделении А. из комплекса с антигеном и приводит к получению А. одной специфичности, но гетерогенных по физико-химическим свойствам. Процедура состоит из следующих этапов: получение специфического преципитата (комплекса антиген - антитело) и отмывка его от остальных компонентов сыворотки; диссоциация преципитата; отделение А. от антигена на основе различий в их молекулярной массе, заряде и других физико-химических свойств. Для специфического выделения А. широко используют иммуносорбенты - нерастворимые носители, на которых фиксирован антиген. В этом случае процедура получения А. значительно упрощается и включает пропускание иммунной сыворотки через колонку с иммуносорбентом, отмывку иммуносорбента от несвязавшихся белков сыворотки, элюцию фиксированного на иммуносорбенте А. при низких значениях рН и удаление диссоциирующего агента путем диализа.
Библиогр.: Вейсман И.Л., Худ Л.Е. и Вуд У.Б. Введение в иммунологию, пер. с англ., с. 13, М., 1983; Иммунология, под ред. У. Пола, пер. с англ., с. 204, М., 1987; Кульберг А.Я. Молекулярная иммунология, М., 1985; Образование антител, под ред. Л. Глинна и М. Стьюарда, пер. с англ., с. 10, М., 1983, Петров Р.В. Иммунология, с. 35, М., 1987.
Одна из фракций белков крови (гамма-глобулинов), которая синтезируется лимфоцитами для специфической связи с чужеродными для организма молекулами (антигенами). Появление чужеродных антигенов индуцирует синтез антител и запуск механизма иммунной защиты. Физическая антропология
Антитело - особый растворимый белок с определённой биохимической структурой - иммуноглобулин, который присутствует в сыворотке крови и других биологических жидкостях и предназначен для связывания антигена.
Антитела (анти- + тела) - глобулины сыворотки крови человека и животных, образующиеся в ответ на попадание в организм различных антигенов (принадлежащих бактериям, вирусам, белковым токсинам и др.) и специфически взаимодействующие с этими антигенами.
Иммуноглобулины составляют 15-20% белков плазмы крови, а также находятся и в других жидкостях организма. В состав -глобулинов входит 18 аминокислот, из которых в наибольшем количестве содержатся оксиаминокислоты, дикарбоновые аминокислоты, глутаминовая и аспаргиновая аминокислоты, треонин, серин и валин.
Функции антител:
1. Специфическое распознование и связывание антигена, который был причиной их образования, с последующим представлением его макрофагам и лимфоцитам.
2. Антитела обусловливают также повреждение тканевых базофилов (тучных клеток);
3. Антитела лизируют клетки, содержащие специфические антигенные субстанции;
4. Антитела оказывают опсонирующее влияние;
5. Антитела активируют систему комплемента.
Структура антител
Любая молекула антител имеет сходное строение (Y- образную форму) и состоит из двух тяжелых (Н) и двух легких (L) цепей, связанных дисульфидными мостиками. Каждая молекула антител имеет два одинаковых антигенсвязывающих фрагмента Fab (fragment antigen binding), определяющих антительную специфичность, и один Fc (fragment constant) фрагмент, который не связывает антиген, но обладает эффекторными биологическими функциями. Он взаимодействует со “своим” рецептором в мембране различных типов клеток (макрофаг, тучная клетка, нейтрофил).
Концевые участки легких и тяжелых цепей молекулы иммуноглобулина вариабельны по составу (аминокислотным последовательностям) и обозначаются как VL и VH области. В их составе выделяют гипервариабельные участки, которые определяют структуру активного центра антител (антигенсвязывающий центр или паратоп). Именно с ним взаимодействует антигенная детерминанта (эпитоп) антигена. Антигенсвязывающий центр антител комплементарен эпитопу антигена по принципу “ключ - замок” и образован гипервариабельными областями L- и Н- цепей. Антитело свяжется антигеном (ключ попадет в замок) только в том случае, в случае если детерминантная группа антигена полностью вместится в щель активного центра антител.
Легкие и тяжелые цепи состоят из отдельных блоков- доменов. В легких (L) цепях - два домена- один вариабельный (V) и один константный (C), в тяжелых (H) цепях- один V и 3 или 4 (исходя из класса иммуноглобулина) C домена.
Существуют легкие цепи двух типов- каппа и лямбда, они встречаются в различных пропорциях в составе различных (всех) классов иммуноглобулинов.
Выявлено пять классов тяжелых цепей- альфа (с двумя подклассами), гамма (с четырьмя подклассами), эксилон, мю и дельта. Соответственно обозначению тяжелой цепи обозначается и класс молекул иммуноглобулинов- А, G, E, M и D.
Виды антител
Антитела присутствуют в каждом организме как иммунный ответ на различные воздействия. Они вырабатываются в случае необходимости, и по их количеству и классу можно судить о наличии того или иного заболевания.
Однако антитела важны не только в диагностических целях, они отвечают за работу иммунитета. Именно эта их функция используется во время вакцинации. С течением жизни человек накапливает в крови те или иные антитела, что и составляет его иммунитет. Для стимуляции выработки определенного вида антител используются вакцины.
Представляют собой белковые соединения, которые являются частью иммунной системы человека. Для самого организма это своего рода защита, а в лабораторном исследовании – маркеры определенных заболеваний. Первые антитела вырабатываются еще в утробе. Они передаются ребенку от матери, но их немного. После рождения ребенок постоянно сталкивается с враждебной средой, вырабатывая все новые антитела. Этот процесс может продолжаться в течение всей жизни.
Действие антител основывается на связывании цепочки «антиген-антитело». Антиген того или иного возбудителя заболевания попадает в кровь, провоцируя выработку антител определенного класса. Для выработки определенных антител в течение жизни человеку делают различные прививки. Суть вакцинации заключается во введении определенного количества антигена, который провоцирует выработку тех или иных антител в количестве, достаточном для формирования иммунитета. Они остаются в организме человека в течение всей жизни, защищая его от заражения.
Выделяют 5 классов антител.
Выработка антител того или иного класса зависит не только от самого заболевания, но и его этапа: одни антитела вырабатываются сразу же после заражения, другие – только после окончания инкубационного периода:
Антитела вырабатываются иммунными клетками под названием В-лимфоциты. Антитела содержатся в мембране этих клеток и в самой сыворотке крови. В случае возникновения инфекции антитела начинают поступать в кровь, познавая те или иные антигены и подавая сигнал иммунной системе.
Анализ крови на антитела назначается с целью выяснения состояния иммунитета человека
Анализ крови на антитела сдается из вены. Эта процедура стандартная, проводится быстро и безболезненно. Небольшая подготовка к сдаче анализа требуется. Например, накануне не рекомендуется употреблять жирную и жареную, острую пищу, алкоголь, так как это может повлиять не только на состав крови, но и . Если кровь быстро свернется или сыворотка окажется мутной, обследование провести будет невозможно.
Перед сдачей анализа нужно отменить все препараты, но с разрешения врача. Если прием некоторых препаратов обязателен, это учитывается при расшифровке анализа.
Некоторые антитела чувствительны к эмоциональным и физическим напряжениям, поэтому перед сдачей крови желательно избегать стрессов и занятий спортом. Утреннюю зарядку также делать нежелательно, а перед входом в лабораторию нужно немного посидеть и отдышаться.
Расшифровкой должен заниматься врач, так как наличие некоторых антител трактуется по-разному, может потребоваться дополнительное обследование.
Основные показатели:
Антигены — это вещества, чужеродные для организма, вызывающие образование антител
Организм начинает вырабатывать антитела на любой антиген, который сочтет враждебным. В зависимости от самого антигена отличаются и иммуноглобулины, атакующие его.
Не все антитела способны атаковать антиген, некоторые служат исключительно для распознавания враждебных клеток и активизации иммунной реакции. Антитело вступает в реакцию с антигеном, что провоцирует выброс определенных веществ, выполняющих защитную функцию в организме.
Если говорить о цепочке «антиген-антитело», то существует другая классификация антител:
- Антитела к белкам щитовидной железы. В крови обнаруживают антитела к рецепторам и различным белкам, вырабатываемым щитовидной железой. Как правило, это указывает на тиреотоксикоз – синдром, связанный с гиперфункцией щитовидной железы, когда выработка гормонов идет слишком активно.
- Антиспермальные антитела. Это явление носит также название «иммунологическое бесплодие». Оно может быть выявлено как у мужчин, так и у женщин. Иммунитет распознает сперматозоиды как враждебные клетки и атакует их, что исключает зачатие.
- Антитела к ядерным антигенам. Это специфические антитела, которые атакуют собственные клетки организма, распознавая их как антигены, что является причиной неизлечимых аутоиммунных заболеваний.
- Антитела к . Это разновидность аутоантител, которые связываются с инсулином, вызывая реакцию организма на него, что встречается при врожденном .
- Антитела к . Часто этот анализ проводится во время беременности у женщин с отрицательным резус-фактором. Если количество антител в крови велико, значит организм матери воспринимает клетки ребенка как враждебные и борется с ними.
- Антитела к двухспиральной ДНК. Встречаются при системной красной волчанке. Это антитела, которые направлены против собственной цепочки ДНК, что приводит к разрушению организма.
Больше информации о том, что такое антитела и антигены можно узнать из видео.