kvm-mtv.ru → Красота

Главный комплекс генов гистосовместимости. Главный комплекс гистосовместимости. Антигены гистосовместимости Строение главного комплекса гистосовместимости

Генетика главного комплекса гистосовместимости
В 20-е годы XX века в Джексоновской лаборатории (Бар Харбор, США) была проведена масштабная работа по получению генетически чистых линий мышей путем длительного инбридинга. В опытах с межлинейной пересадкой опухолей сотрудники этой лаборатории Дж.Д. Литтл (G.D. Little), Дж. Снелл (G. Snell) и другие американские исследователи установили существование нескольких десятков (более 30) генетических локусов, различие по которым обусловливает отторжение трансплантируемых тканей. Они были обозначены как локусы гистосовместимости (Н-локусы, от английского Histocompatibility). Одновременно сходную задачу решал английский иммунолог П. Горер (P. Gorer), изучая группы крови мышей. В 1948 г. в совместной работе Дж. Снелла и П. Горера был описан локус гистосовместимости, определяющий наиболее сильную реакцию отторжения. Он был назван Н-2, поскольку соответствовал гену 2-й группы крови мышей. Вскоре была установлена сложная структура этого генетического комплекса, включающего очень большое число генов. К тому времени уже была доказана иммунологическая природа отторжения трансплантата и было ясно, что эффект несовместимости по Н-локусам обусловлен различиями в антигенах, кодируемых генами этого локуса. Такие антигены стали называть аллоантигенами, или антигенами гистосовместимости.
В 60-е годы ХХ века французский иммуногематолог Ж. Доссе (J. Dausset) описал несколько антигенов лейкоцитов, аналогичных некоторым аллельным продуктам Н-2. Вскоре Ж. Доссе вместе с другими специалистами по генетике трансплантаций на основе анализа накопленных к тому времени данных об аллоантигенах человека постулировал существование у человека генетического комплекса, аналогичного локусу Н-2 мышей. Была выявлена принадлежность к этому комплексу нескольких аллоантигенов, открытых ранее благодаря использованию сывороток многократно рожавших женщин. В этих сыворотках присутствовали антитела к аллоантигенам плодов. Открытый генетический комплекс был назван HLA (от Human leukocyte antigens). Аналогичные комплексы были обнаружены у всех изучавшихся млекопитающих и птиц. В связи с этим было введено общее обозначение для генетических комплексов такого рода - MHC (от Major histocompatibility complex). Это обозначение было перенесено и на продукты генов - MHC-антигены.
Комплекс Н-2 локализуется в хромосоме 17 мыши; комплекс HLA - в коротком плече хромосомы 6 человека (6р). Структура локуса HLA человека схематично представлена на рис. 3.28. Он занимает очень большое

Рис. 3.28. Карта генов главного комплекса гистосовместимости (MHC) на примере комплекса лейкоцитарных антигенов человека (HLA). Участок хромосомы разделен на 4 отрезка, представленные на рисунке последовательно. Справа указаны номера 3’-нуклеотидов каждого отрезка

пространство - 4 млн пар нуклеотидов и содержит больше 200 генов. Выделяют 3 класса генов MHC - I, II и III. В отторжении несовместимых трансплантатов и презентации антигена Т-клеткам участвуют продукты генов классов I и II, расположенные соответственно в 3’- и 5’-частях комплекса. Первоначально их разделяли по индукции их продуктами преимущественно гуморального (I класс) или клеточного (II класс, описанный несколько позже, чем I) иммунитета. Выделяют 2 группы генов I класса. Первую образуют гены А, В и С, отличающиеся беспрецедентно высоким полиморфизмом - известно по нескольку сотен их аллельных форм (например, HLA-B - 830) - см. табл. 3.7. Это классические гены I класса. Другую группу образуют неклассические гены Е, F, G, H (гены с ограниченным полиморфизмом). Только продукты классических генов I класса участвуют в презентации антигена Т-лимфоцитам.
Таблица 3.7. Полиморфизм генов лейкоцитарных антигенов человека (HLA)

Окончание табл. 3.7

Класс	Локус	Число аллелей, выявленных ДНК-типированием
II	HLA-DRA	3
	HLA-DRB1	463
	HLA-DRB2-9	82
	HLA-DQA1	34
	HLA-DQB1	78
	HLA-DPA1	23
	HLA-DPB1	125
	HLA-DOA	12
	HLA-DOB	9
	HLA-DMA	4
	HLA-DMB	7
Всего		2478

Гены MHC класса II также включают несколько вариантов. В презентации антигена непосредственно участвуют продукты генов DR (а и в), DP (а и в) и DQ (а и в), кодирующие соответствующие полипептидные цепи молекул. Во всех случаях для генов в-цепей характерен значительно более высокий полиморфизм, чем для генов а-цепей. Более позднее обнаружение этих генов связано с трудностями идентификации их продуктов: сыворотки многократно рожавших женщин, использованные для выявления продуктов MHC, содержали антитела к молекулам MHC почти исключительно I класса. С их помощью выявлены только аллоантигенные варианты гена HLA-DRB. Для определения молекул II класса применяли смешанную культуру лимфоцитов (т.е. Т-клеточную реакцию), предоставляющую значительно меньше возможностей для выявления тонкостей антигенных различий. В настоящее время антигены обоих классов определяют в полимеразной цепной реакции (т.е. определяют именно гены, а не их продукты, как раньше). К классу II относят несколько генов с невысоким уровнем полиморфизма, продукты которых не презентируют антиген, но участвуют в его внутриклеточной обработке - процессинге (гены ТАР, LMP) или способствуют встраиванию антигенного пептида в молекулы MHC-II (HLA-DM, HLA-DO).
Гены MHC класса III, как уже упоминалось, не причастны к молекулам гистосовместимости и осуществляемой ими презентации. Они кодируют некоторые компоненты комплемента, цитокины семейства фактора некроза опухоли, белки теплового шока.
Строение мышиного локуса Н-2 аналогично описанному выше строению локуса HLA человека. Основное различие касается локализации генов класса I (К и D), которые у мышей пространственно разобщены, тогда как расположение генов классов II (A, E) и III соответствует таковому в локусе HLA человека.

Молекулы MHC - полиморфные продукты главного комплекса гистосовместимости классов I и II
При значительном сходстве общего плана строения молекул MHC классов I и II они имеют ряд различий. Схема доменной структуры этих молекул представлена на рис. 3.29. Молекулы обоих типов образованы двумя полипептидными цепями, содержащими 1-3 домена (табл. 3.8). Каждый домен содержит около 90 аминокислотных остатков. Молекулы MHC классов I и II имеют сходную молекулярную массу - около 60 кДа.

Рис. 3.29. Схема строения молекул MHC

Таблица 3.8. Характеристика полипептидных цепей молекул HLA классов I и II

Молекула	Название цепи	ей о О ей S о А	Внеклеточные домены	1 Я О. g 1 \| Ф Z, 2 ? * ^ Й в г- з н *	Число S-S-связей	Число остатков в доменах
Молекула	Название цепи	ей о О ей S о А	Внеклеточные домены	1 Я О. g 1 \| Ф Z, 2 ? * ^ Й в г- з н *	Число S-S-связей	1 Я О Н Ф ч ф в я 3 CQ Q	1 ю S ф S « « 3 и я ей щ Н о.	I * А н * ^ м О и 2 о? н S я Й Я 2
HLA, класс I	«1	45	аЬ ^ а3	есть	2	90-90-90	25	30
HLA, класс I	в2-микро- глоублин	12	в2-микро- глобулин	нет	0	100	-	-
HLA, класс II	а	33-35	ai, а2	есть	1	90-90	25	варьирует
HLA, класс II	в	29	Pi, в2	есть	2	90-90	25	варьирует

В молекулах класса I полипептидные цепи сильно отличаются друг от друга. Цепь а состоит из трех внеклеточных доменов, из которых 3-й (прилегающий к мембране) принадлежит суперсемейству иммуноглобулинов, а 2 других имеют иное строение, которое рассмотрим ниже. а-Цепь заякорена в мембране; помимо трансмембранного, она имеет короткий цитоплазматический участок (30 остатков), не обладающий ферментативной активностью и не связанный с ферментами. в-Цепь, называемая также Р2-микроглобулином, относится к суперсемейству иммуноглобулинов. Она нековалентно связана с а3-доменом а-цепи и не имеет трансмембранного участка. р2-Микроглобулин кодируется геном, расположенным вне комплекса MHC (в хромосоме 15). Описанная структура свойственна молекулам HLA-A, HLA-B и HLA-C человека, а также молекулам H-2K и H-2D мыши и молекулам MHC-I всех других видов животных.
Молекулы MHC-II тоже имеют одинаковое строение для HLA-DP, HLA-DQ, HLA-DR человека, а также Н-2А и Н-2Е мыши. В их состав входят 2 цепи аналогичного строения - а и р. Обе цепи пронизывают мембрану, имеют 2 домена во внеклеточной части и короткий (12-15 остатков) цитоплазматический участок. Домены а2 и р2, прилежащие к мембране, принадлежат к суперсемейству иммуноглобулинов, а дистальные домены aj и Pj по своей структуре сходны с доменами а1 и а2 молекул MHC-I.
Таким образом, все молекулы MHC в общей сложности содержат 2 при- мембранных домена суперсемейства иммуноглобулинов и 2 дистальных домена другой (сходной между собой) структуры. Дистальные домены в молекулах MHC-I образованы одной цепью (а), а в молекулах MHC-II - разными цепями (а и р). Именно эти дистальные домены молекул MHC связывают антигенный пептид и играют ключевую роль в формировании лиганда TCR.
Схематично строение антигенсвязывающих полостей (или желобков, щелей - от английского - groove) представлено на рис. 3.30. Полости имеют дно и стенки. Дно - плоский участок, выстланный р-слоистой (N-концевой) частью доменов полипептидной цепи, тогда как стенки сформированы С-концевыми а-спирализованными участками доменов. В молекулах MHC-I вся эта структура образована непрерывной полипептидной цепью а1 и а2-доменов единой а-цепи, тогда как в молекулах MHC-II пеп- тидсвязывающая полость образована доменами двух разных цепей (а1- и Pj-доменами соответствующих цепей), примыкающих друг к другу в области в-структурированного дна желобка.
Выше говорилось о чрезвычайно высоком полиморфизме классических молекул MHC обоих классов: существует по нескольку сотен аллельных вариантов генов и, следовательно, их белковых продуктов. Если наложить расположение варьирующих аминокислотных остатков на схему молекул MHC, оказывается, что, во-первых, они расположены в основном в дистальных доменах (а1 и а2 - в молекулах MHC-I, а1 и Pj - в молекулах MHC-II), во-вторых, они связаны почти исключительно со стенками антигенсвязыва- ющей полости. В молекулах MHC-II варибельность преобладает в той части стенок, которая образована ргдоменом. Таким образом, эта полость имеет стандартную организацию, но в зависимости от MHC-генотипа, тонкие детали ее строения варьируют. Сродство различных пептидов к антигенсвя-

Рис. 3.30. Трехмерные модели строения молекул главного комплекса гистосовместимости. Пространственные модели молекул главного комплекса гистосовместимости, представленные под разными углами зрения (по Bjorkman et al, 1987)

зывающей щели молекул MHC изменяется в широких пределах. Достаточно высоким считается сродство порядка 10-5 М.
Подчеркнем одно очень важное обстоятельство, касающееся вариабельности ключевых молекул иммунной системы. Исключительно высокий уровень вариабельности свойствен как антигенраспознающим структурам (антителам, TCR), так и молекулам MHC, участвующим в построении лиганда "TCR. Однако все варианты антител и TCR (порядка 106) присутствуют в одном организме, являясь продуктами одновременно присутствующих в нем генов, в то время как вариабельность молекул МНС проявляется на

уровне популяций человека и животных, тогда как в каждом конкретном организме может присутствовать не более 2 вариантов молекул - продуктов аллельных генов. Если учесть, что у человека есть 8 высокаполиморфных генов MHC (А, В, С, а также p-гены DP, DQ и DR и a-гены DP и DQ), то число вариантов полипептидных цепей MHC не может превышать 16.
Молекулы MHC-I и MHC-II представлены на поверхности клеток, но существенно различаются по тканевому распределению. Молекулы MHC-I присутствуют практически на всех ядросодержащих клетках организма и отсутствуют на эритроцитах и клетках ворсинчатого трофобласта. На каждой клетке обычно содержится около 7000 молекул MHC-I. Плотность их экспрессии может изменяться под влиянием различных факторов, в частности, цитокинов. Молекулы MHC-II присутствуют на поверхности ограниченного числа клеточных типов. Они экспрессируются прежде всего на АПК - дендритных клетках, В-лимфоцитах и активированных макрофагах. Содержание молекул на поверхности этих клеток сильно варьирует. На одной дендритной клетке обычно содержится порядка 100 000 молекул MHC-II. При определенных условиях (например, при воспалении) они могут появляться на поверхности других активированных клеток - эпителиальных, эндотелиальных и т.д. Классический индуктор молекул MHC-II - IFNy. Особенность мембранных молекул MHC - их быстрый обмен на поверхности клеток, особенно характерный для MHC-I (время обновления молекул - около 6 ч).
Особую группу антигенпрезентирующих молекул образуют гомологи продуктов MHC-I - молекулы CD1 (CD1a, CD1b, CD1c и CD1d), кодируемые пятью полиморфными генами (CD1 A-D), локализованными у человека в хромосоме 1. По своей структуре молекулы CD1 сходны с MHC-I (гомология составляет 20-25%). Они обладают сходной доменной структурой (домены aj, a2 и a3). CD1 - трансмембранные белки, связанные с молекулой р2-мик- роглобулина. Молекулярная масса белковой части CDl-комплекса - 33 кДа. Домены aj и a2 образуют антигенсвязывающую полость, закрытую с обоих концов (как и в молекулах MHC-I). Ее вместимость несколько больше, чем в молекулах MHC-I. CD1 связывает бактериальные и аутологичные липиды (диацилглицерол, миколевую кислоту и т.д.) и липопептиды. От других молекул CD1 по ряду свойств отличается CD1d. Эта молекула связывает аутологчиные гликолипиды. Ее наиболее известный лиганд - a-галакто- зилцерамид. Молекулы CD1a, CD1b и CD1c экспрессируются на поверхности дендритных клеток, моноцитов и макрофагов, причем у человека CD1c служит маркером всей популяции дендритных клеток, а CD^ - клеток Лангерганса. CD1d в малом количестве экспрессируется на дендритных клетках (кроме клеток Лангерганса), моноцитах и макрофагах.

На цитоплазматических мембранах практически всех клеток макроорганизма обнаруживаются антигены гистосовместимости . Большая часть из них относится к системе главного ком плекса гистосовместимости , или МНС (аббр. от англ. Main Hystocompatibility Complex ).

Антигены гистосовместимости играют ключевую роль в осуществлении специфического распознавания «свой-чужой» и индукции приобретенного иммунного ответа. Они определяют совместимость органов и тканей при трансплантации в пределах одного вида, генетическую рестрикцию (ограничение) иммунного реагирования и другие эффекты.

Большая заслуга в изучении МНС, как явления биологического мира, принадлежит Дж. Доссе, П. Догерти, П. Гореру, Г. Снеллу, Р. Цинкернагелю, Р. В. Петрову, ставшим основоположниками иммуногенетики.

Впервые МНС был обнаружен в 60-х годах XX в. в опытах на генетически чистых (инбредных) линиях мышей при попытке межлинейной пересадки опухолевых тканей (П. Горер, Г. Снелл). У мышей этот комплекс получил название Н-2 и был картирован в 17-й хромосоме.

У человека МНС был описан несколько позже в работах Дж. Доссе. Его обозначили как HLA (аббр. от англ. Human Leukocyte Antigen ), так как он ассоциирован с лейкоцитами.

Биосинтез HLA определяется генами , локализованными сразу в нескольких локусах короткого плеча 6-й хромосомы.

МНС имеет сложную структуру и высокую полиморфность. По химической природе антигены гистосовметимости представляют собой гликопротеиды, прочно связанные с цитоплаз матической мембраной клеток . Их отдельные фрагменты имеют структурную гомологию с молекулами иммуноглобулинов и поэтому относятся к единому суперсемейству.

Различают два основных класса молекул МНС .

Условно принято, что МНС I класса индуцирует преимущественно клеточный иммунный ответ.

МНС II класса- гуморальный.

Основные классы объединяют множество сходных по структуре антигенов, которые кодируются множеством аллельных генов. При этом на клетках индивидуума могут экспрессироваться не более двух разновидностей продуктов каждого гена МНС, что важно для поддержания популяционной гетерогенности и выживания как отдельной особи, так и всей популяции в целом.

МНС I класса состоит из двух нековалентно связанных полипептидных цепей с разной молекулярной массой: тяжелой альфа-цепи и легкой бета-цепи. Альфа-цепь имеет внеклеточный участок с доменным строением (al-, a2- и аЗ-домены), трансмембранный и цитоплазматический. Бета-цепь представляет собой бета-2-микроглобулин, который «налипает» на аЗ-домен после экспрессии альфа-цепи на цитоплазматической мембране клетки.

Альфа-цепь обладает высокой сорбционной способностью по отношению к пептидам. Это свойство определяется al- и а2-доменами, формирующими так называемую «щель Бьоркмана» - гипервариабельный участок, ответственный за сорбцию и презентацию молекул антигена. «Щель Бьоркмана» МНС I класса вмещает нанопептид, который в таком виде легко выявляется специфическими антителами.

Процесс формирования комплекса «МНС I класса-антиген» протекает внутриклеточно непрерывно .

В его состав включаются любые эндогенно синтезированные пептиды, в том числе вирусные. Комплекс изначально собирается в эндоплазматическом ретикулуме, куда при помощи особого белка, протеосомы, переносятся пептиды из цитоплазмы. Включенный в комплекс пептид придает структурную устойчивость МНС I класса. В его отсутствие функцию стабилизатора выполняет шаперон (калнексин).

Для МНС I класса характерна высокая скорость биосинтеза - процесс завершается за 6 часов.

Этот комплекс экспрессируются на поверхности практически всех клеток, кроме эритроцитов (в безъядерных клетках отсутс твует биосинтез) и клеток ворсинчатого трофобласта («профилактика» отторжения плода). Плотность МНС I класса достигает 7000 молекул на клетку, и они покрывают около 1 % ее поверхности. Экспрессия молекул заметно усиливается под влиянием цитокинов, например γ-интерферона.

В настоящее время у человека различают более 200 различных вариантов HLAI класса. Они кодируются генами, картированными в трех основных сублокусах 6-й хромосомы и наследуются и проявляются независимо: HLA-A, HLA-B и HLA-C. Локус А объединяет более 60 вариантов, В - 130, а С - около 40.

Типирование индивидуума по HLA I класса проводится на лимфоцитах серологическими методами - в реакции микролимфоцитолиза со специфическими сыворотками. Для диагностики используют поликлональные специфические антитела, обнаруживаемые в сыворотке крови многорожавших женщин, пациентов, получавших массивную гемотрансфузионную терапию, а также моноклональные.

Учитывая независимое наследование генов сублокусов, в популяции формируется бесконечное множество неповторяющиеся комбинаций HLAI класса. Поэтому каждый человек строго уникален по набору антигенов гистосовместимости, исключение составляют только однояйцовые близнецы, которые абсолютно похожи по набору генов.

Основная биологи ческая роль HLA I класса состоит в том, что они определяют биологическую индивидуаль ность («биологический паспорт») и являются маркерами «своего» для иммунокомпетентных клеток . Заражение клетки вирусом или мутация изменяют структуру HLAI класса. Содержащая чужеродные или модифицированные пептиды молекула МНС I класса имеет нетипичную для данного организма структуру и является сигналом для активации Т-киллеров (СО8 + -лим- фоциты). Клетки, отличающиеся по I классу, уничтожаются как чужеродные.

МНС 1 – для облегчения распознавания внутриклеточной инфекции.

В структуре и функции МНС II класса есть ряд принципиальных отличий.

Во-первых, они имеют более сложное строение. Комплекс образован двумя нековалентно связанными полипептидными цепочками (альфа-цепь и бета-цепь), имеющими сходное доменное строение. Альфа-цепь имеет один глобулярный участок, а бета-цепь - два. Обе цепи как трансмембранные пептиды состоят из трех участков - внеклеточного, трансмембранного и цитоплазматического.

Во-вторых, «щель Бьоркмана» в МНС II класса образована одновременно обеими цепочками. Она вмещает больший по размеру олигопептид (12-25 аминокислотных остатков), причем последний полностью «скрывается» внутри этой щели и в таком состоянии не обнаруживается специфическими антителами.

В-третьих, МНС II класса включает в себя пептид, захваченный из внеклеточной среды путем эндоцитоза, а не синтезированный самой клеткой.

В-четвертых, МНС II класса экспресси руется на поверхности ограниченного числа клеток : дендритных, В-лимфоцитах, Т-хел-перах, активированных макрофагах, тучных, эпителиальных и эндотелиальных клетках. Обнаружение МНС II класса на нетипичных клетках расценивается в настоящее время как иммунопатология.

Биосинтез МНС II класса протекает в эндоплазматическом ретикулуме, образующийся димерный комплекс затем встраивается в цитоплазматическую мембрану. До включения в него пептида комплекс стабилизируется шапероном (калнексином). МНС II класса экспрессируется на мембране клетки в течение часа после эндоцитоза антигена. Экспрессия комплекса может быть усилена γ-интерфероном и снижена простагландином Е г

По имеющимся данным, человеческому организму свойственен чрезвычайно высокий полиморфизм HLA II класса, который в большей степени определяется особенностями строения бета-цепи. В состав комплекса входят продукты трех основных локусов: HLA DR, DQ и DP. При этом локус DR объединяет около 300 аллельных форм, DQ - около 400, a DP - около 500.

Наличие и тип антигенов гистосовместимости II класса определяют в серологических (микролимфоцитотоксический тест) и клеточных реакциях иммунитета (смешанная культура лимфоцитов, или СКЛ). Серологическое типирование МНС II класса производят на В-лимфоцитах с использованием специфических антител, обнаруживаемых в сыворотке крови многорожавших женщин, пациентов, получавших массивную гемотрансфузионную терапию, а также синтезированных методами генной инженерии. Тестирование в СКЛ позволяет выявить минорные компоненты МНС II класса, не определяемые серологически. В последнее время все чаще применяют ПЦР.

Биологическая роль МНС II класса чрезвычайно велика. Фактически этот комплекс участвует в индукции приобретенного им мунного ответа. Фрагменты молекулы антигена экспрессируются на цитоплазматической мембране особой группы клеток, которая получила название антигенпрезентирующих клеток (АПК). Это еще более узкий круг среди клеток, способных синтезировать МНС II класса. Наиболее активной АПК считается дендритная клетка, затем - В-лимфоцит и макрофаг.

Главный комплекс гистосовместимости………………………………………...3

Строение главного комплекса гистосовместимости……………………………6

Молекулы главного комплекса гистосовместимости…………………………..8

Функции Главного комплекса гистосовместимости…………………………..14

Антигены MHC: история исследований………………………………………16

Список использованной литературы…………………………………………...18

Главный комплекс гистосовместимости.

Главный комплекс гистосовместимости – это группа генов и кодируемых ими антигенов клеточной поверхности, которые играют важнейшую роль в распознавании чужеродного и развитии иммунного ответа.

Антигены, обеспечивающие внутривидовые различия особей, обозначаются как аллоантигены, а когда они включаются в процесс отторжения аллогенных тканевых трансплантатов, то приобретают название антигенов тканевой совместимости (гистосовместимости). Эволюция закрепила единичный участок тесно сцепленных генов гистосовместимости, продукты которых на поверхности клеток обеспечивают сильный барьер при аллотрансплантации. Термины «major histocompatibility antigens» (главные антигены гистосовместимости) и «major histocompatibility gene complex» (MHC) (главный генный комплекс гистосовместимости) относятся соответственно к продуктам генов и генам этого хромосомного участка. Многочисленные минорные антигены гистосовместимости, наоборот, кодируются множественными участками генома. Им соответствуют более слабые аллоантигенные различия молекул, выполняющих разнообразные функции.

Открытие MHCпроизошло при исследовании вопросов внутривидовой пересадки тканей.

Затем, первоначально в гипотетической, на основании клеточной феноменологии, а затем в экспериментально хорошо документированной форме с использованием методов молекулярной биологии было установлено, что Т-клеточный рецепторраспознает не собственно чужеродныйантиген, а его комплекс с молекулами, контролируемыми генамиглавного комплекса гистосовместимости. При этом и молекула MHC и фрагмент антигена контактируют с Т - клеточным рецептором.

MHC кодирует два набора высокополиморфных клеточных белков, названных молекулами MHC класса I и класса II. Молекулы класса Iспособны связывать пептиды из 8-9 аминокислотных остатков,молекулы класса II- несколько более длинные.

Высокий полиморфизм молекул MHC, а также способность каждой антигенпрезентирующей клетки (АПК)экспрессировать несколько разных молекул MHC обеспечивают возможность презентации T-клеткам множества самых различных антигенных пептидов.

Следует отметить, что хотя молекулы MHCи называются обычно антигенами, они проявляют антигенность только в том случае, когда распознаются иммунной системой не собственного, а генетически иного организма, например, при аллотрансплантации органов.

Наличие в МНС генов, большинство из которых кодирует иммунологически значимые полипептиды, заставляет думать, что этот комплекс эволюционно возник и развивался специально для осуществления иммунных форм защиты.

Существуют еще и молекулы MHC класса III, номолекулы MHC класса Iимолекулы MHC класса IIявляются наиболее важными в иммунологическом смысле.

Главный комплекс гистосовместимости характеризуется крайне выраженным полиморфизмом. Ни одна другая генетическая система организма не имеет такого количества аллельных форм как гены МНС.

Долгое время биологический смысл столь выраженного полиморфизма оставался непонятным, хотя какое-то селективное значение такой аллельной изменчивости было очевидным. Впоследствии было доказано, что подобный полиморфизм прямо связан с процессом презентации антигенных детерминант Т-клеткам.

С полиморфизмом антигенов МНС связано такое явление, как генетический контроль иммунного ответа. В тех случаях, когда аминокислотные остатки, образующие антигенсвязывающую щель у молекул II класса, не в состоянии связать пептидный фрагмент чужеродного антигена, T-хелперы остаются ареактивными, и их помощь В-клеткам не реализуется. Это обстоятельство и является причиной генетически детерминированного дефекта в иммунном реагировании.

Основные события, которые привели к формированию разнообразия генов МНС в процессе эволюции связаны с тандемными дупликациями, точечными мутациями, рекомбинациями и конверсией генетического материала. Тандемные дупликации (процесс повторения исходного гена на той же самой хромосоме) хорошо известны для многих генетических систем, контролирующих синтез белков, например, иммуноглобулинов. Именно в результате этого процесса возникло несколько полигенных форм молекул MHC. Спонтанные замены отдельных нуклеотидов в процессе редупликации ДНК (точечные мутации) также хорошо известны, они приводят к формированию аллельных генов, которые также определяют полиморфизм белков. Рекомбинации между отдельными участками гомологичных хромосом в процессе мейоза могут привести к обмену как целых участков этих хромосом, так и отдельных генов и даже частей генов. В последнем случае процесс называется генной конверсией. Мутации, рекомбинации и конверсия генов создают многообразие их аллельных форм и определяют полиморфизм антигенов МНС.

Такая высокая степень полиморфизма имеет потенциальную ценность для выживания вида, и именно благодаря ей весь вид не становится жертвой мимикрии микробов, при которой они экспрессируют структуры, близкие по конформации к продуктам MHC . T-клетки, способные распознать неповторимую индивидуальную комбинацию специфичностей собственного организма, оказываются в состоянии реагировать на продукты такой мимикрии, как на чужеродные. Кроме того, возможно, что столь высокий сбалансированный полиморфизм продуктов MHC обеспечивает более широкое разнообразие антигенов, распознаваемых иммунной системой данного вида, а также гетерозиса (гибридной силы), поскольку у гетерозигот возникает максимальная комбинаторика аллелей. Братья и сестры имеют один шанс из четырех быть идентичными по антигенам MHC.

ГОУ ВПО Тверская ГМА Минздрава России Кафедра клинической иммунологии с аллергологией

ГЛАВНЫЙ КОМПЛЕКС ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ

Учебно-методическое пособие по общей иммунологии. Тверь 2008.

Продукты

Учебно-методическая разработка для практических занятий по общей иммунологии для студентов 5 курса лечебного и педиатрического факультетов, а также для клинических ординаторов и врачей, интересующихся вопросами иммунологии.

Составлена доцентом Ю.И.Будчановым.

Заведующий кафедрой, профессор А.А.Михайленко Методическая рекомендация утверждена на цикловой методической комиссии ТГМА п

Мотивация Иммуногенетика – новый, важный раздел иммунологии. Знание системы гистосовместимости

необходимо не только в трансплантологии, но и в понимании регуляции иммунного ответа, так и взаимодействия клеток при иммунном ответе. Определение HLA-антигенов используется в судебной медицине, популяционно-генетических исследованиях и в изучении гене предрасположенности к заболеваниям.

1. Студент должен знать: А. Строение HLA-системы человека.

Б. HLA антигены I, II классов и их роль в межклеточных взаимодействиях. В. Понятия генотипа, фенотипа, гаплотипа.

Г. Значение HLAтипирования в медицине.

Д. Взаимосвязь HLA-антигенов и ряда заболеваний человека. 2. Студент должен уметь:

Применить полученные знания по иммуногенетике в клинической практике.

Вопросы для самоподготовки по теме занятия:

1. Понятие о генах и антигенах гистосовместимости. HLA система человека. Номенклатура, генная организация (гены классов I, II,III).

2. Антигены классов I и III, их роль в межклеточных взаимодействиях, в представлении антигена Т-лимфоцитам, в феномене двойного распознавания.

3. Понятие HLA фенотипа, генотипа, гаплотипа. Особенности наследования.

4. Методы исследования и типированияHLA системы: серологические, клеточноопосредованные, генные (полимеразная цепная реакция, зонды ДНК).

5. Практические аспекты типированияHLA антигенов. HLA в популяциях, биологическое значение.

6. HLA и заболевания человека, механизмы ассоциации.

ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

1. Хаитов Р.М., Игнатьева Г.А., Сидорович И.Г. Иммунология. Норма и патология. Учебник. – 3-е

изд., М., Медицина, 2010. – 752 с. – [ с.241 - 263 ].

2. Хаитов Р.М. Иммунология: учебник для студентов медицинских вузов. – М.: ГЕОТАР-Медиа, 2006. – 320с. – [с. 95 – 102].

3. Белозеров Е.С. Клиническая иммунология и аллергология. А-Ата., 1992, с. 31-34.

4. Зарецкая Ю.М. Клиническая иммуногенетика. М., 1983.

5. Методическая разработка. 6. Лекция.

Дополнительная литература

Коненков В.И. Медицинская и экологическая иммуногенетика. Новосибирск, 1999 г. Ярилин А.А. Основы иммунологии. М., 1999, с. 213-226.

Алексеев Л.П., Хаитов Р.М. HLA и медицина. Сб. Современные проблемы аллергологии, иммунологии и иммунофармакологии. М., 2001, с. 240-260.

СМОЖЕТЕ ЛИ ВЫ ОТВЕТИТЬ?

(Впишите дома . Самоконтроль позволит выявить трудные вопросы для обсуждения. На занятии Вы проверите правильность ответов, дополните их. Постарайтесь самостоятельно найти ответы и покажите, что Вам это по силам.)

1. В какой паре хромосом локализуется главный комплекс гистосовместимости у человека? …………… .

2. На клетках каких органов и тканей содержатся трансплантационные? …………антигены

……………………………………………………………………………….……………………. .

3. Что обозначает сокращениеHLA? ………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………… .

4. На каких клетках не обнаруживаются антигены системыHLA? ……………………….…

…………………………………………………………………………………………. .

5. Из каких локусов, сублокусов состоит ГКГС: I класс ……..……… II класс ………………………………

III класс …………………………………….. .

6. Продукты генов какого класса ГКГС не экспрессируются на мембране клеток? ……………………… .

7. Какие клетки необходимо выделить для выявления HLA II класса? ………………..…………………… .

8. Какими методами выявляютHLA антигены? ……………………………………………………………

………………………………………………………………………………………….. .

9. У типируемого пациента выявлено6 возможных антигенов HLA-A, HLA-B, HLA-C. Как называется такая ситуация? …………………………… .

10. Какой антиген гистосовместимости часто встречается у больных с анкилозирующим спондилитом?

…………………….. .

11. Какие гены входят HLAв класса III? ………………………………..……………………………

…………………………………………………………………………………………… .

12. Из каких цепей состоят антигены HLA класса I? ………………….

13. Из каких цепей состоят антигены HLA класса II? …………………

14. Цитотоксический лимфоцит (CD8) распознает чужеродный пептид в комплексе сHLA какого класса?

…………………………. .

15. Th (CD4+) распознает чужеродный антиген презентированный дендритной клеткой или макрофагом в комплексе с HLA какого класса? …..………

Каковы возможные комбинации эритроцитарных антигенов у ребенка, если изоантигенный состав

эритроцитов
Отца: AO, NM, ss, dd, Cc, Ee ,		а матери: AB, MM, SS, DD, Cc, EE .
Выберите правильный ответ.
	AO, MN, Ss, DD, CC, EE
	AA, MM, Ss, Dd, cc, ee
	OO, NN, Ss, Dd, CC, Ee
	AB, MN, Ss, Dd, cc, EE
	AO, NN, Ss, Dd, Cc, EE
	AB, MM, SS, Dd, cc, Ee
Напишите еще один правильный вариант ответа___, ___, ___, ___, ___, ___.			А больше можете?
Сколько? …………. .

Справочные и теоретические материалы

Главный комплекс гистосовместимости - ГКГС (англ. МНС – Major Histocompatibility Complex) представляет собой систему генов, контролирующих синтез антигенов, которые определяют гистосовместимость тканей при пересадках органов и индуцируют реакции, вызывающие отторжение трансплантатов. Поверхностные структуры цитомембраны клеток, индуцирующие реакции

отторжения, получили название антигенов гистосовместимости , а кодирующие их гены были названы генами гистосовместимости – Н-генами (Histocompatibility). Открытие антигенов гистосовместимости послужило основой развития трансплантационной иммунологии.

В последующем было доказано, что главный комплекс гистосовместимости является

основной генетической системой, определяющей функционирование иммунной системыи,

прежде всего Т-системы иммунитета. ГКГС регулирует иммунный отв ,еткодирует способност ь распознавать «своё» и «чужое», отторгать чужеродные клетки, способность синтезировать ряд

Совсем не обнаруживаются классические антигены системыHLA в жировой ткани и на эритроцитах, а так же на нейронах и клетках трофобласта.

		СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ ГЕНОВ СИСТЕМЫ HLA
		НА 6 ХРОМОСОМЕ




DP LMP TAP DQ DR		C2 Bf C4b C4a TNF

У человека главная система гистосовместимости получила названиеHLA-система (Human Leukocyte Antigens). Это система генов, контролирующих синтез антигенов гистосовместимости. Она состоит из трех регионов расположенных на коротком плече6-й хромосомы. Эти регионы носят название: класс 1, класс 2, класс 3 (класс I, класс II, класс III).В состав региона входят гены или локусы. В названии каждогоHLA-гена присутствует буквенное обозначение локуса(А, В, С) и порядковый номер, например: HLA-A3, HLA-B27, HLA-C2 и т.д. Одноименное обозначение имеют и антигены, кодируемые геном . В локусе D выявлено 3 сублокуса (DP, DQ, DR). (Смотри схему расположенную выше). В утвержденном ВОЗ списке насчитывается138 антигенов HLA. (Однако использование ДНК-типирования, т.е. возможности изучать сами гены, привело к выявлению буквально в последние годы более 2000 аллелей).

К I классу относятся HLA - А, -В и -С локусы. Эти три локуса главного комплекса гистосовместимости человека контролируют синтез трансплантационных антигенов, которые можно определить серологическими методами(CD – Serological Determined). Молекулы антигенов HLA I класса состоят из 2 субъединиц: α- и β- цепей (смотри рисунок). Тяжелая или α-цепь состоит из 3 внеклеточных фрагментов – доменов α1, α2, и α3 (экстрацеллюлярные домены), небольшого участка принадлежащего клеточной мембране(трансмембранный участок) и внутриклеточный фрагмент (цитоплазматический участок). Легкая цепь – β2 -микроглобулин, нековалентно связана с α-цепью, а с мембраной клетки не связана.

Домены α1 и α2 образуют углубление, в котором может располагаться пептид(участок антигена) длиной 8-10 аминокислот. Это углубление называют пептидсвязывающий клефт (от англ cleft).

(К новым антигенам HLA класса I открытым недавно относятся антигены MIC и HLA-G. О них мало что известно в настоящее время. Необходимо отметить HLA-G, который называют неклассическими, выявлен только

на поверхности клеток трофобласта и он обеспечивает иммунологическую толерантность матери к антигенам плода.)

Регион класса 2 (D-регион) системы HLA состоит из 3 сублокусов: DR, DQ, DP, кодирующих трансплантационные антигены. Эти антигены относят к разряду антигенов выявляемых клеточноопосредованными методами, а именно реакцией смешанной культуры лимфоцитов(англ. mixed lymphocyte culture – MLC). В последнее время выделены ещё локусы HLA-DM, -DN , а также гены ТАР и LMP (не экспрессированы на клетках). Классическими являются DP, DQ, DR .

Красным цветом показан презентируемый пептид

Недавно были получены антитела, с помощью которых удается идентифицировать антигены DR и DQ. Поэтому антигены второго класса в настоящее время определяются не только клеточноопосредованными методами, но и серологически, так же как и антигены HLA 1 класса.

Молекулы HLA 2-го класса представляют собой гетеродимерные гликопротеиды, состоящие из двух разных цепей α и β(смотри рисунок). Каждая цепь содержит по 2 внеклеточных домена α1 и β1 на N-терминальном конце, α2 и β2 (ближе к мембране клетки). Имеются ещё трансмембранный и цитоплазматический участки. α1 и β1домены формируют углубление, которое может связывать пептиды длиной до 30 аминокислотных остатков.

Белки МНС-II экспрессированы не на всех клетках. HLA молекулы II класса в большом количестве присутствуют на дендритных клетках, макрофагах и В-лимфоцитах, т.е. на тех клетках, которые взаимодействуют с Т-лимфоцитами-хелперами во время иммунной реакции, с помощью

HLA молекул II класса

Т-лимфоциты

значительного количества

антигенов2-го класса, но при стимуляции митогенами, ИЛ-2

начинают экспрессировать молекулы HLA 2-го класса.

Необходимо

отметить,

все 3 вида интерферонов

значительно усиливают

экспрессию

молекул HLA 1-го

на клеточной мембране различных клеток. Так

γ-интерферон в

значительной мере усиливает экспрессию молекул 1-го класса на Т- и В-лимфоцитах, но коме того на клетках злокачественных опухолей (нейробластом и меланом).

Иногда обнаруживается врожденное нарушение экспрессии молекулHLA 1-го или 2-го классов, что приводит к развитию«синдрома голых лимфоцито в». Больные с такими нарушениями страдают недостаточностью иммунитета и зачастую погибают в детском возрасте.

Регион III класса содержит гены, продукты которых непосредственно вовлечены в иммунную реакцию. Он включает структурные гены для компонентов комплемента С2 и С4, Bf (пропердиновый фактор) и гены фактора некроза опухолей– ФНО (TNF). Сюда входят гены, кодирующие синтез 21гидроксилазы. Таким образом, продукты HLA-генов 3 класса не экспрессированы на клеточной мембране , а они находятся в свободном состоянии.

HLA-антигенный состав тканей человека определяют аллельные, геныотносящиеся к каждому из локусов, т.е. на одной хромосоме может быть только по одному гену каждого локуса.

В соответствии с основными генетическими закономерностями каждый индивидуум является носителем не более двух аллелей каждого из локусо ви сублокусов (по одному на каждой из парных аутосомных хромосом). В гаплотипе (набор аллелей на одной хромосоме) присутствует по одному аллелю каждого из сублокусовHLA. При этом, если индивид гетерозиготе н по всем аллелямHLAкомплекса, у него при типировании(A, B, C, DR, DQ, DP – сублокусов) выявляется не более двенадцати HLA антигенов. Если индивид гомозиготен по некоторым антигенам, у него выявляется меньшее число антигенов, однако это число не может быть меньше 6.

Если у типируемого субъекта выявлено максимально возможное количество антигеновHLA, это получило название «full house» («полный дом» антигенов).

Наследование HLA-генов происходит по кодоминантному типу, при котором у потомства в

Наиболее богаты антигенамиHLA – лимфоциты. Поэтому выявление этих антигенов проводится именно на лимфоцитах. (Вспомните, как выделить из периферической крови лимфоциты).

Молекулы антигенов HLA-A, -B, -C составляют около 1% белков поверхности лимфоцитов, что примерно равно 7 тыс. молекул.

Одним из наиболее значимых достижений в иммунологии явилось обнаружение центральной роли, которую играет МНС млекопитающих и человека в регуляции иммунного ответа. В строго контролируемых экспериментах было показано, что один и тот же антиген вызывает иммунный ответ разной высоты у организмов с разным генотипом,инаоборот, один и тот же организм может быть реактивным в различной степени по отношению к разным антигенам. Гены контролирующие такой высокоспецифичный иммунный ответ, названы Ir-генами (Immune response genes). Они локализованы в области 2-класса системы HLA человека. Ir-генный контроль реализуется через -Т систему лимфоцитов.


Центральным		клеточного	взаимодействия			иммунном	отявляетсяете
взаимодействие		молекулами HLA,		экспрессированными				поверхности
антигенпредставляющих клеток,		представляющих		для распознавания		чужеродный		антигенный
пептид, и антиген-распознающим рецептором – TCR (T-cell receptor)					на поверхности Т-лимфоцита
хелпера. При	одновременно		распознаванием		чужеродного			происходит

распознавание собственных HLA антигенов.

Т-лимфоцит хелпер (CD4+) распознает чужеродный антиген лишь в комплексе поверхностными молекулами ГКГС 2 класса антигенпредставляющих клеток.

Цитотоксические лимфоциты (Т-эффекторы, CD8+) распознают антиген,

например вирусной природы, в комплексе с молекулой HLA I класса клетки мишени. Экзогенные антигены представляются молекулами HLA II класса,

эндогенные – молекулами I класса.

(Таким образом, процесс распознавания чужеродного огранич(е сриктирован) собственными HLA-антигенами. Это и есть концепция «двойного распознавания» или «распознавания измененного своего».)

Важная роль системыHLA состоит также в том, что она контролирует синтез факторов комплемента, вовлекаемых как в классический(С2 и С4), так и альтернативный (Bf) пути активации комлемента. Генетически обусловленный дефицит этих компонентов комплемента, может вызвать предрасположенность к инфекционным и аутоиммунным заболеваниям.

Практическое значение HLA-типирования. Высокий полиморфизм делает системуHLA великолепным маркером в популяционно-генетических исследованиях и изучении генетической предрасположенности к заболеваниям, но в то же время создает проблемы в подборе пар донор– реципиент при трансплантации органов и тканей.

Популяционные исследования, проведенные во многих странах мира, выявили характерные различия в распределении HLAантигенов в разных популяциях. Особенности распределения HLA-

антигенов используются в генетических исследованиях для изучения структуры, происхождения и эволюции различных популяций. Например, грузинская популяция, относящаяся к южным европеоидам, имеет сходные черты HLA-генетического профиля с греческой, болгарской, испанской популяциями, указывающими на общность их происхождения.

Типирование HLA-антигенов широко используется в судебно-медицинской практике для исключения или установления отцовства, родства.

Обратите внимание на связь некоторых заболеваний с наличием в генотипе того или иного HLA-антигена. Это связано с тем, что HLA широко используется для изучения генетических основ предрасположенности к заболеваниям . Если раньше не предполагалось, например, что заболевание рассеянным склерозом имеет наследственную основу, то в настоящее время благодаря изучению связи с системойHLA факт наследственной предрасположенности твердо установлен. Используя


	системойHLA, для некоторых заболеваний определен также и способ наследования.
Например,	анкилозирующий		спондилит		аутосомно-доминантный		наследования,
гемохроматоз и врожденная адреналовая гиперплазия– аутосомно-рецессивный. Благодаря очень
	ассоциации	анкилозирующего		спондилита		антигеномHLA-B27, HLA-типирование

используется в диагностике ранних и неясных случаев этого заболевания. Выявлены генетические маркеры инсулинзависимого сахарного диабета.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

Определение HLA антигенов «у доноров»

Типирование тканевых антигенов производят при помощи набора сывороток, состоящего из 50 и более антилейкоцитарных сывороток (сыворотки многорожавших женщин, дающие от 10 до 80% положительных реакций с лейкоцитами плода, или сыворотки добровольцев, иммунизированных

человеческими	лейкоцитами, содержащими			определенные SD-антигены.		Сыворотки
многорожавших женщин, в результате естественной иммунизацииHLA-антигенами мужа во время
беременности, содержат в ряде случаев антитела к HLA в достаточно высоком титре.).
Серологически		антигены		гистосовместимости		определяют
лимфоцитотоксического		теста (англ.	lymphocytotoxicity test).				называют
микро лимфоцитотоксическим			использования		постановке		микрообъем
ингредиентов.

Принцип его основан на взаимодействииHLA-молекул на поверхности лимфоцитов обследуемого человека со специфическими анти-HLA-антителами и комплементом, что приводит к гибели клеток. Гибель клеток определяется при обычном световом микроскопировании после окрашивания витальными красителями.

Суспензии лимфоцитов смешивают с антисывороткой к определенному антигену(HLA-B8, HLA-B27 и т.д.), инкубируют 1 час при 25 С, добавляют комплемент и инкубирует вновь 2ч при 37 С, а затем добавляют трипановый синий или эозин. В случае присутствия в лимфоцитах антигена, соответствующего антителам, содержащимся в сыворотке, антитела в присутствии комплемента повреждают мембрану лейкоцитов, краска проникает в их цитоплазму и они окрашиваются в синий или же в красный цвет (если использовался эозин).

Какие клетки будут окрашены при HLA-типировании?

На основании результатов типирования устанавливают степень совместимости донора и реципиента и возможность трансплантации органа или ткани между ними. Донор и реципиент должны быть совместимы по эритроцитарным антигенам АВО иRh, по лейкоцитарным антигенам системы HLA. Однако на практике трудно бывает подобрать полностью совместимых донора и реципиента. Селекция сводится к подбору наиболее подходящего доно. Трансплантация возможна при

несовместимости по одному из антигеновHLA, но на фоне значительной иммуносупрессии. Подбор оптимального соотношения антигенов гистосовместимости между донором и реципиент значительно продлевает жизнь трансплантата.

На занятии будут продемонстрированы планшеты HLAдля типирования лейкоцитов. Вспомните, как получить чистую суспензию лимфоцитов из клеток периферической крови. Подумайте, как защитить содержимое лунок от высыхания в процессе постановки реакции? Как получаются сыворотки для HLA типирования?

В настоящее время могут использоваться для типирования комплемент фиксирующие моноклональные антитела (МАТ). Они используются как в микролимфоцитотоксическом тесте, так и в реакции иммунофлуоресценции. Учет реакции возможен как люминисцентной микроскопией, так и с помощью проточного цитофлуориметра.

		современный метод		определенияHLA-генов ДНК-типирование . Он
основан на различных вариантах полимеразной цепной реакции (ПЦР) и молекулярной гибридизации.
	этих методов		заключается в	накоплении необходимого	анализа значительног
количества			её полимеризации и в использовании, комплементарныхзондов
анализируемым участкам ДНК. Причем одним из преимуществ ДНК-типирования является то, что не
требуется наличия жизнеспособных лимфоцитов, а используется ДНК любых клеток. А ведь
ДНК может храниться годами и десятилетиями. Для реакции необходимы,					дорогостоящие

олигонуклеотидные зонды, праймеры.

Применение молекулярно-генетического метода – ДНК-типирования, позволило значительно расширить представление о полиморфизме ранее известных генетических локусов системы HLA-A, B, C, DR,DQ, DP. Кроме того, открыты новые гены, в частности TAP, DM, LMP и другие. Открыты гены HLA класса I - E, F, G, H, но функция их продуктов пока неясна. На декабрь 1998 г. число идентифицированных аллелей генов HLA-комплекса составило 942. А на 31 декабря 2000 года было выявлено молекулярно-генетическим ДНК-типированием 1349 аллелей и их обнаружение продолжает расти.

НОВАЯ НОМЕНКЛАТУРА HLA . Как уже отмечалось, молекулы HLA 1 класса состоят из α- и β-цепей. Причем полиморфной является только α-це .пьАллельные варианты кодирующих генов получили в новой номенклатуре четырехзначное наименование (например, HLA-A0201 вместо ранее применяемого обозначения HLA-A2 , причем методами молекулярной биологии установлено12 (!) новых субтипов этого антигена (новых аллельных вариантов), получивших наименование А0201, А0202, А0203, … до А0212). У HLA-B27 установлено 9 аллельных вариантов специфичности и только часть из них ассоциирована с анкилозирующим спондилитом(это, естественно, повышает их прогностическую ценность).

Эффективность трансплантации аллогенных почек(по результатам годовой выживаемости в центрах трансплантологии, перешедших на селекцию доноров на основе молекулярно-генетического

координационного центра органного донорства и институтом Иммунологии.

Ещё более впечатляющие данные, полученные за последние2-3 года в ходе проведения национальных (в первую очередь в США) и международных программ по пересадке аллогенного, «неродственного» костного мозга. Благодаря переходу селекции пар донор-реципиент на -ДНК типирование и созданию банкаHLA-генотипированных доноров, включающего 1,5 млн. человек, годовую выживаемость пересаженного костного мозга удалось повысить 10с -20% до 70-80% (!). В свою очередь это привело к тому, что число трансплантаций костного мозга от неродственных доноров в США (где в настоящее время насчитывается наибольшее число генотипированных доноров и реципиентов) за период с 1993 по 1997 г. возросло более чем в 8 раз. Ошеломляющий

эффект от пересадок неродственного костного мозга достигнут исключительно за счет подбора полностью HLA совместимых пар донор-реципиент ДНК-типированием.

Ниже приводится выдержка из книги академика Р.В.Петрова«Я или не я: Иммунологические мобили». М., 1983. - 272 с.

«…Получая в 1930 году Нобелевскую премию, в своей торжественной лекции по этому поводу Карл Ландштейнер говорил, что открытие всё новых антигенов в клетках человеческих тканей будет

теоретический интерес. Оно нашло в числе других практических применений судебно-медицинское применение.

Представьте себе такую ситуацию: необходимо определить принадлежность пятна крови. Чья эта кровь – человека или животного? Нет необходимости объяснять, что такая ситуация чаще всего имеет отношение к криминалистике. И решение задачи зачастую становится ответом на главнейшие вопросы следствия. Ответить не него можно только с помощью иммунных сывороток. Ни по каким

другим показателям различить кровь человека и, например, собаки невозможно. Микроскопические или биохимические методы исследования бессильны.

Судебные медики имеют в арсенале своих средств набор иммунных сывороток различной специфичности: против белков человека, лошади, курицы, собаки, коровы, кошки и т.д. Исследуемое пятно смывают, а затем ставят реакции преципитации. При этом используют весь набор иммунных сывороток. Какая сыворотка вызовет преципитацию, тому виду животного или человеку принадлежит кровь исследуемого пятна.

Допустим, судебный эксперт заключает: «Нож испачкан кровью человека». А подозреваемый в убийстве говорит: «Да. Но это моя кровь. Не так давно этим ножом я порезал свой палец». Тогда экспертиза продолжается. На столе криминалистов появляются антисыворотки против групп крови и к HLA-антигенам. И иммунология снова дает точный ответ: кровь относится к группе АВ, содержит фактор М, резус-отрицательный, антигены гистосовместимости такие то и т.д. Ситуация окончательно

разъясняется. Полученная характеристика полностью совпадает с антигенной характеристикой крови подозреваемого. Следовательно, он сказал правду, это действительно его кровь.

Остановимся ещё на одной ситуации, которая имеет огромное моральное звучание. Представьте себе, что война или иное бедствие разлучили родителей с детьми. У детей потерялись фамилии и имена. Неужели нельзя найти своего ребенка среди других? Ведь антигены эритроцитов и HLA передаются по наследству. И если у отца и матери нет фактора, Мто его не может быть и у ребенка. И наоборот, если оба родителя принадлежат к группе А, то ребенок не может иметь группу крови В или АВ. Так же и по HLA-антигенам. Причем с очень высокой достоверностью».

Установление подлинности останков членов царской семьи НиколаяII проводилось именно так, с помощью ДНК типирования.

например, в Англии, к вопросам определения отцовства относятся особенно щепетильно. Но там это чаще всего связано не с войной. Строгие законы об отцовстве объясняются строгими законами о наследниках и правах наследования капиталов, титулов, прав, привилегий.

Вообразите лорда, который объявляет своим наследником юношу, которого родила не его жена. Тогда может возникнуть необходимость доказать, что юноша его сын. Или вдруг появляется джентльмен, объявляющий себя незаконнорожденным сыном и, следовательно, наследником миллионера. Может быть, это правда, но может быть, сей джентльмен – аферист. Вопрос решает анализ антигенов родителей и детей».

Распределение HLA-антигенов оказалось разным у представителей разных рас национальностей. С 1966 г. интенсивное исследование структуры антигенов тканевой совместимости по инициативе ВОЗ стало проводиться во всех странах мира. Вскоре карта мира оказалась покрытой иммунологическими иероглифами, показывающими, где и в каком сочетании встречаются антигены

HLA. Теперь, пожалуй, нет необходимости подобно Туру Хейердалу снаряжать экспедицию на тростниковой лодке, чтобы доказать миграцию населения из Южной Америки на острова Полинезии. Достаточно взглянуть в современный атлас распространенияHLAантигенов и с уверенностью сказать, что в обоих этих географических регионах есть общие генетические маркеры.

Полиморфизм классических HLA - антигенов, выявляемых серологическими и клеточно-опосредованными методами

Главный комплекс гистосовместимости………………………………………...3

Строение главного комплекса гистосовместимости……………………………6

Молекулы главного комплекса гистосовместимости…………………………..8

Функции Главного комплекса гистосовместимости…………………………..14

Антигены MHC: история исследований………………………………………16

Список использованной литературы…………………………………………...18
Главный комплекс гистосовместимости.

Главный комплекс гистосовместимости – это группа генов и кодируемых ими антигенов клеточной поверхности , которые играют важнейшую роль в распознавании чужеродного и развитии иммунного ответа.

Открытие MHC произошло при исследовании вопросов внутривидовой пересадки тканей.

Затем, первоначально в гипотетической, на основании клеточной феноменологии, а затем в экспериментально хорошо документированной форме с использованием методов молекулярной биологии было установлено, что Т-клеточный рецептор распознает не собственно чужеродный антиген, а его комплекс с молекулами, контролируемыми генами главного комплекса гистосовместимости. При этом и молекула MHC и фрагмент антигена контактируют с Т - клеточным рецептором.

MHC кодирует два набора высокополиморфных клеточных белков, названных молекулами MHC класса I и класса II. Молекулы класса I способны связывать пептиды из 8-9 аминокислотных остатков, молекулы класса II - несколько более длинные.

Высокий полиморфизм молекул MHC, а также способность каждой антигенпрезентирующей клетки (АПК) экспрессировать несколько разных молекул MHC обеспечивают возможность презентации T-клеткам множества самых различных антигенных пептидов.

Следует отметить, что хотя молекулы MHC и называются обычно антигенами, они проявляют антигенность только в том случае, когда распознаются иммунной системой не собственного, а генетически иного организма, например, при аллотрансплантации органов.

Наличие в МНС генов, большинство из которых кодирует иммунологически значимые полипептиды , заставляет думать, что этот комплекс эволюционно возник и развивался специально для осуществления иммунных форм защиты.

Существуют еще и молекулы MHC класса III , но молекулы MHC класса I и молекулы MHC класса II являются наиболее важными в иммунологическом смысле.

Главный комплекс гистосовместимости характеризуется крайне выраженным полиморфизмом . Ни одна другая генетическая система организма не имеет такого количества аллельных форм как гены МНС .

С полиморфизмом антигенов МНС связано такое явление, как генетический контроль иммунного ответа. В тех случаях, когда аминокислотные остатки, образующие антигенсвязывающую щель у молекул II класса , не в состоянии связать пептидный фрагмент чужеродного антигена, T-хелперы остаются ареактивными, и их помощь В-клеткам не реализуется. Это обстоятельство и является причиной генетически детерминированного дефекта в иммунном реагировании.

Основные события, которые привели к формированию разнообразия генов МНС в процессе эволюции связаны с тандемными дупликациями, точечными мутациями, рекомбинациями и конверсией генетического материала. Тандемные дупликации (процесс повторения исходного гена на той же самой хромосоме) хорошо известны для многих генетических систем, контролирующих синтез белков, например, иммуноглобулинов . Именно в результате этого процесса возникло несколько полигенных форм молекул MHC. Спонтанные замены отдельных нуклеотидов в процессе редупликации ДНК (точечные мутации) также хорошо известны, они приводят к формированию аллельных генов, которые также определяют полиморфизм белков. Рекомбинации между отдельными участками гомологичных хромосом в процессе мейоза могут привести к обмену как целых участков этих хромосом, так и отдельных генов и даже частей генов. В последнем случае процесс называется генной конверсией . Мутации, рекомбинации и конверсия генов создают многообразие их аллельных форм и определяют полиморфизм антигенов МНС.

Такая высокая степень полиморфизма имеет потенциальную ценность для выживания вида, и именно благодаря ей весь вид не становится жертвой мимикрии микробов, при которой они экспрессируют структуры, близкие по конформации к продуктам MHC . T-клетки , способные распознать неповторимую индивидуальную комбинацию специфичностей собственного организма, оказываются в состоянии реагировать на продукты такой мимикрии, как на чужеродные. Кроме того, возможно, что столь высокий сбалансированный полиморфизм продуктов MHC обеспечивает более широкое разнообразие антигенов, распознаваемых иммунной системой данного вида, а также гетерозиса (гибридной силы), поскольку у гетерозигот возникает максимальная комбинаторика аллелей. Братья и сестры имеют один шанс из четырех быть идентичными по антигенам MHC.
Строение главного комплекса гистосовместимости.

Методом хромосомной гибридизации установлено, что система МНС локализуется на коротком плече 6 аутосомной хромосомы человека, а у мышей – на 17 хромосоме.

Р
ис. 1. Схематическое изображение хромосомы 6.
Главный комплекс гистосовместимости занимает значительный участок ДНК, включающий до 4*106 пар оснований или около 50 генов. Основной особенностью комплекса является значительная полигенность (наличие нескольких неаллельных близкосцепленных генов, белковые продукты которых сходны в структурном отношении и выполняют идентичные функции) и ярковыраженный полиморфизм - присутствие многих аллельных форм одного и того же гена. Все гены комплекса наследуются по кодоминантному типу .

Полигенность и полиморфизм (структурная вариабельность) определяют антигенную индивидуальность особей данного вида.

Все гены MHC делятся на три группы. Каждая группа включает гены, контролирующие синтез полипептидов одного из трех классов MHC (I, II и III) ( рис. 3.5 ). Между молекулами первых двух классов имеются выраженные структурные различия , но при этом по общему плану строения все они однотипны. В то же время между продуктами генов класса III, с одной стороны, и классов I и II, с другой стороны, не найдено никакого функционального или структурного сходства. Группа из более чем 20 генов класса III вообще функционально обособлена - некоторые из этих генов кодируют, например, белки системы комплемента ( C4 , C2 , фактор B ) или молекулы, участвующие в процессинге антигена .

Область локализации генов, кодирующих комплекс молекул MHC мыши, обозначается как H-2 , для человека - HLA .

HLA-A , HLA-B и HLA-С - локусы хромосомы, гены которых контролируют синтез "классических" молекул (антигенов) I класса MHC человека и кодируют тяжелую цепь (альфа-цепь). Область этих локусов занимает участок длиной более 1500 т.п.н.

Синтез молекул (антигенов) II класса MHC человека контролируют гены области HLA-D , которые кодируют не менее шести вариантов альфа- и десяти вариантов бета-цепей ( рис.3.5 ). Эти гены занимают три локуса HLA-DP , HLA-DQ и HLA-DR . К продуктам их экспрессии относится большинство молекул II класса.

Кроме того, к области HLA-D относятся гены HLA-LMP и HLA-TAP . Низкомолекулярные белки, контролируемые этими генами, принимают участие в подготовке чужеродного антигена к презентации Т-клеткам.

Гены локусов человека HLA-A , HLA-B и HLA-С кодируют тяжелую цепь (альфа-цепь) "классических" молекул I класса MHC. Кроме того, найдены многочисленные дополнительные гены вне этих локусов, кодирующие "неклассические" молекулы MHC класса I и расположенные в таких локусах HLA , как HLA-X HLA-F, HLA-E, HLA-J, HLA-H, HLA-G, HLA-F.

Молекулы главного комплекса гистосовместимости.

Методами рентгеноструктурного анализа выяснена пространственная организация молекул MHC:

Молекулы MHC класса I (аллельные варианты HLA : HLA-A , HLA-B , HLA-С ) экспрессируются на клеточной поверхности и представляют собой гетеродимер, состоящий из одной тяжелой альфа-цепи (45 кДа), нековалентно связанной с однодоменным бета2-микроглобулином (12 кДа), который встречается также в свободной форме в сыворотке крови их называют классическими трансплатационными антигенами .

Тяжелая цепь состоит из внеклеточной части (образующей три домена : альфа1-, альфа2- и альфа3-домены), трансмембранного сегмента и цитоплазматического хвостового домена. Каждый внеклеточный домен содержит примерно 90 аминокислотных остатков, и все их вместе можно отделить от клеточной поверхности путем обработки папаином.

В альфа2- и альфа3-доменах имеется по одной внутрицепочечной дисульфидной связи, замыкающей в петлю 63 и 68 аминокислотных остатков, соответственно.

Домен альфа3 гомологичен по аминокислотной последовательности C-доменам иммуноглобулинов , и конформация альфа3-домена напоминает складчатую структуру доменов иммуноглобулинов .

Бета2-микроглобулин (бета2-m) необходим для экспрессии всех молекул MHC класса I и имеет неизменную последовательность , но у мыши встречается в двух формах, различающихся заменой одной аминокислоты в позиции 85. По структуре этот белок соответствует C-домену иммуноглобулинов . Бета2-микроглобулин способен также нековалентно взаимодействовать с неклассическими молекулами класса I , например, с продуктами генов CD1 .

В зависимости от вида и гаплотипа внеклеточная часть тяжелых цепей MHC класса I в разной степени гликозилирована.

Трансмембранный сегмент MHC I класса состоит из 25 преимущественно гидрофобных аминокислотных остатков и пронизывает липидный бислой, вероятнее всего, в альфа-спиральной конформации.

Основное свойство молекул I класса - связывание пептидов (антигенов) и представление их в иммуногенной форме для Т-клеток - зависит от доменов альфа1 и альфа2. Эти домены имеют значительные альфа- спиральные участки, которые при взаимодействии между собой образуют удлиненную полость (щель), служащую местом связывания процессированного антигена . Образовавшийся комплекс антигена с альфа1- и альфа2-доменами и определяет его иммуногенность и возможность взаимодействовать с антигенраспознающими рецепторами Т-клеток .

К классу I относятся антигены A , антигены AB и антигены AC .

Антигены класса I присутствуют на поверхности всех ядросодержащих клеток и тромбоцитов .

Молекулы MHC класса II являются гетеродимерами, построенными из нековалентно сцепленных тяжелой альфа- и легкой бета-цепей.

Ряд фактов указывает на близкое сходство альфа- и бета-цепей по общему строению. Внеклеточная часть каждой из цепей свернута в два домена (альфа1, альфа2 и бета1, бета2, соответственно) и соединена коротким пептидом с трансмембранным сегментом (длиной примерно 30 аминокислотных остатков). Трансмембранный сегмент переходит в цитоплазматический домен, содержащий примерно 10-15 остатков.

Антигенсвязывающая область молекул MHC класса II формируется альфа-спиральными участками взаимодействующих цепей подобно молекулам I класса , но при одном существенном отличии: антигенсвязывающая полость молекул MHC класса II формируется не двумя доменами одной альфа-цепи, а двумя доменами разных цепей - доменами альфа1 и бета1.

Общее структурное сходство между двумя классами молекул MHC очевидно. Это - однотипность пространственной организации всей молекулы, количество доменов (четыре), конформационное строение антигенсвязывающего участка.

В структуре молекул II класса антигенсвязывающая полость открыта больше, чем у молекул I класса, поэтому в ней могут поместиться более длинные пептиды.

Важнейшая функция антигенов MHC (HLA) класса II - обеспечение взаимодействия между Т-лимфоцитами и макрофагами в процессе иммунного ответа. Т-хелперы распознают чужеродный антиген лишь после его переработки макрофагами , соединения с антигенами HLA класса II и появления этого комплекса на поверхности макрофага.

Антигены класса II присутствуют на поверхности В-лимфоцитов , активированных Т-лимфоцитов , моноцитов , макрофагов и дендритных клеток .

Гены MHC класса II кодируют связанные с мембраной трансмембранные пептиды (гликопротеины). Молекулы антигенов гистосовместимости класса II ( DR , DP , DQ ) также как и класса I являются гетеродимерными белками, состоящими из тяжелой альфа-цепи (33 кДа) и легкой бета-цепи (26 кДа), кодируемые генами HLA -комплекса. Обе цепи формируют по два домена: альфа1 и альфа2, а также бета1 и бета2.

Продукты MHC класса II ассоциированы, главным образом, с B- лимфоцитами и макрофагами и служат распознаваемыми структурами для T- хелперов .

Гены MHC класса III, расположенные в пределах группы генов MHC или тесно сцепленные с ней, контролируют некоторые компоненты комплемента : C4 и C2 , а также фактор B , находящиеся скорее в плазме крови, чем на поверхности клеток. И в отличие от молекул MHC классаI и класса II не не участвуют в контроле иммунного ответа.

Термин MHC класса IV употребляется для описания некоторых локусов, сцепленных с MHC.

Изучение экспрессии молекул I и II классов MHC на различных типах клеток выявило более широкое тканевое распространение молекул I класса в сравнении с молекулами II класса. Если молекулы I класса экспрессируются практически на всех изученных клетках, то молекулы II класса экспрессируются, в основном, на иммунокомпетентных клетках или клетках, принимающих относительно неспецифическое участие в формировании иммунного ответа, таких, как клетки эпителия.

В табл. 1 представлены данные о характере тканевого распределения молекул МНС у мышей и человека.

табл. 1 Тканевое распределение молекул I и II классов МНС у мышей и человека

Тип клеток	Н-2 коплекс мышей		HLA комплекс человека
Тип клеток	Класс I	Класс II	Класс I	Класс II
В-клетки	+	+	+	+
Т-клетки	+	(+)	+	(+)
Тимоциты	+	(+)	+	(+)
Макрофаги	+	+	+	+
Гранулоциты	.	.	+	-
Ретикулоциты	+	.	+	.
Эритроциты	+	-	-	-
Тромбоциты	+	-	+	-
Фибробласты	+	-	+	-
Эпителиальные клетки	+	.	+	+
Эпидермальные клетки	+	+	+	+
Печень	+	-	+	-
Почка	+	-	+	-
Сердечная мышца	+	-	+	-
Скелетная мышца	+	-	+	-
Мозг	+	-	(+)	.
Плацента	+	.	+	.
Сперматозоиды	+	+	+	+
Яйцеклетки	(+)	.	.	.
Трофобласт	-	.	(+)	.
Бластоциты	+	.	.	.
Эмбриональная ткань	+	.	+	.

Представительство молекул I класса почти на всех типах клеток коррелирует с доминирующей ролью этих молекул в отторжении аллогенного трансплантата. Молекулы II класса менее активны в процессе тканевого отторжения. Сравнительные данные о степени участия молекул I и II классов MHC в некоторых иммунных реакциях демонстрируют, что некоторые свойства МНС в большей степени связаны с одним из классов, тогда как другие являются характерной особенностью обоих классов(табл. 2)

Табл. 2 Участие молекул I и II классов МНС в некоторых иммунных реакциях

Функции Главного комплекса гистосовместимости.

Хотя молекулы MHC первоначально идентифицировали по их способности вызывать отторжение трансплантата, они выполняют в организме и другие биологически важные функции. Во-первых, они принимают непосредственное участие в инициации иммунного ответа, контролируя молекулы, представляющие антиген в иммуногенной форме для его распознавания цитотоксическими T-клетками и хелперными T-клетками. Во-вторых, в МНС локализованы гены, контролирующие синтез иммунорегуляторных и эффекторных молекул - цитокинов ФНО-альфа, ФНО-бета, а также некоторых компонентов комплемента.

Следует отметить их роль в качестве поверхностных клеточных маркеров, распознаваемых цитотоксическими T- лимфоцитами и T-хелперами в комплексе с антигеном. Молекулы, кодируемые комплексом Tla (область части генов MHC), вовлечены в процессы дифференцировки, особенно у эмбриона, а возможно, и в плаценте. MHC принимает участие в самых разных неиммунологических процессах, многие из которых опосредованы гормонами, например, регуляция массы тела у мышей или яйценоскости кур. Молекулы MHC класса I могут входить в состав гормональных рецепторов. Так, связывание инсулина заметно снижается, если с поверхности клетки удалить антигены MHC класса I, но не класса II. Кроме того, описаны случаи ассоциации продуктов MHC с рецепторами глюкагона, эпидермального фактора роста и гамма-эндорфина. На рис. 3 представлены функции продуктов MHC, а основные иммунологические свойства, связанные с MHC, перечислены в табл. 3 .

рис. 3 im MHC: функции

Табл. 3 Иммунологические свойства, связанные с MHC

Приведенные факты заставляют думать, что MHC эволюционно возник и развивался специально для осуществления иммунологических функций.

Особое место занимает вопрос о связи молекул MHC с заболеваниями. При некоторых формах неинфекционных заболеваний частота отдельных антигенов среди больных значительно выше, чем в популяции здоровых людей. Четких механизмов подобной корреляции установить не удается. Однако ясно, что при разных формах заболевания механизмы скорее всего различны. С помощью HLA-типирования удалось подтвердить общность некоторых расстройств или по-новому подойти к вопросу их классификации. Сделан важный вывод, что в организме имеются различные группы антигенов МНС ассоциируемых с заболеваниями. Одни из них связаны с резистентностью или, наоборот, с восприимчивостью, а , другие с остротой их течения и, наконец, третьи – с продолжительностью жизни больных.

В настоящее время стало очевидно, что продукты MHC класса II имеют решающее значение в патогенезе аутоиммунных заболеваний . В связи с этим неизбежно возникло стремление связать аутоиммунные заболевания с генами иммунореактивности, контролирующими ответ на соответствующий аутоантиген или на какой-либо вероятный этиологический агент.

Антигены MHC: история исследований.

В истории изучения антигенов гистосовместимости наиболее существенными являются следующие этапы:

1958 г. - открыт первый антиген гистосовместимости человека Mac (HLA-A2, Дж.Дассэ);

1966 г. - доказана ведущая роль HLA антигенов в развитии реакции отторжения трансплантата (Дж. ван Рууд и др.);

1972 г. - установлена корреляция между аллельными вариантами HLA антигенов и определенными заболеваниями (З.Фалчук и др.);

1973 г. - установлена структура HLA антигенов класса I (К.Накамура и др.);

1974 г. - показана роль антигенов гистосовместимости в ограничении иммунного ответа (двойное распознавание, Р.Цинкернагель, П.Доэрти);

1981 г. - осуществлено выделение и определение аминокислотной последовательности антигенов HLA класса II (Г.Кратцин и др.);

1983 г. - продемонстрирован биохимический полиморфизм HLA антигенов (Р.Василов и др.);

1987 г. - определена пространственная структура HLA-A2 антигена (П.Бeркман и др.);

1991-1993 г. - установлен характер распределения HLA антигенов в большинстве этнических групп планеты

Список использованной литературы.

Иммунология, под ред. Е. С. Воронина, М.: Колос –Пресс, 2002
Я. Кольман, К.- Г. Рем, Наглядная биохимия, М.: Мир 2000
Сочнев А.М. ,Алексеев Л.П. ,Тананов А.Т. Антигены системы HLA при различных заболеваниях и трансплантации. – Рига, 1987
www.humbio.ru
www.rusmedserver.ru/med/haris/60.html