V(D)J-рекомбинация проходит независимо в каждой клетке-предшественнице – именно так формируется упоминавшийся выше репертуар рецепторов адаптивного иммунитета.
При этом каждая зрелая Т- или В-клетка в конце концов синтезирует один-единственный тип рецепторов, перестроившийся ген «фиксируется» в данном состоянии и дальше уже практически не меняется.
На этом этапе у нас образуется множество вариантов генов, но все ли они «рабочие»? Мы знаем (а если не знаем, то смотрим в приложении), что в некоторых случаях даже единственной мутации бывает достаточно, чтобы непоправимо разрушить пространственную структуру белка. Поэтому после первого раунда – стадии рекомбинации – для клеток начинается второй – стадия отбора или селекции. Но прежде чем мы перейдем к разговору об этом этапе, нам придется сделать небольшое отступление и познакомиться с молекулой МНС, играющей важную роль в созревании Т-лимфоцитов и распознавании чужеродных антигенов Т-клеточными рецепторами (TCR).
Глава 20НАШ ИММУННЫЙ ПАСПОРТ
Принято считать, что паспорт – это документ, который подтверждает нашу личность, но мне кажется, что он отражает то, что думают о нашей личности другие.
Около 450 миллионов лет назад в геноме челюстноротых рыб впервые появилось семейство генов, названное главным комплексом гистосовместимости (ГКГС; англ. MHC – major histocompatibility complex). Белки, которые кодируются этими генами, произвели настоящую революцию в защитных системах позвоночных. У клеток позвоночных появился «иммунный паспорт». Любопытно, что прижившееся в науке название этих биомолекул (ГКГС или MHC) стало результатом многолетней научной ошибки.
В середине XX века Джордж Снелл занимался поисками генов, которые определяют совместимость (или, напротив, несовместимость) органов при пересадке. Ученому пришла в голову мысль использовать в экспериментах лабораторных мышей, выведенных с помощью близкородственного скрещивания (инбридинга). Такие животные «однородны» в генетическом смысле, и кусочек кожи, взятый у одной особи, с легкостью приживался у другой. Снелл скрестил мышей двух инбредных линий – А и В, ткани которых взаимно не приживались. Из гибридного потомства этих мышей он выбрал тех, у кого отторгались ткани мышей линии А, но не отторгалась кожа от мышей линии В, и вновь скрестил их с мышами линии А. После нескольких последовательных скрещиваний и отборов количество генов линии А в генотипе у этих животных возросло, хотя все еще оставались особи, отторгающие ткани мышей линии А, то есть обладающие генами тканевой совместимости линии В. После примерно 20 поколений Снелл получил линию мышей, идентичных мышам линии А, но способных принимать трансплантаты от мышей линии В и отторгать – от мышей линии А. Можно было предположить, что от исходной линии А эта линия А(В) отличается именно генами, отвечающими за совместимость тканей при трансплантации. Оставалось определить их локализацию в геноме. Это было непросто, но несколько лет спустя Снелл с коллегами установили, что данная группа генов находится у мышей на 17-й хромосоме.
Вскоре такие же гены была найдены Жаном Доссе у людей, но поскольку этот ученый работал главным образом с клетками крови, то первый обнаруженный им белок, входящий в состав комплекса MHC у человека, он назвал HLA-A2 (англ. human leukocyte antigen – человеческий лейкоцитарный антиген). У человека область HLA содержит более 200 генов и входит в состав 6-й хромосомы. Не все эти гены связаны с иммунитетом – лишь около 40 % из них кодируют белки, вовлеченные в иммунный ответ.
И снова – это невозможно понять, это можно только запомнить: комплексы ГКГС (MHC) у человека называются HLA. Поэтому, когда мы будем говорить о всех этих комплексах в целом, мы будем использовать аббревиатуру MHC, если же нам понадобится описать какую-то отдельную их разновидность, то ее придется обозначать как HLA… К счастью для вас и для меня, таких мест в книге будет всего парочка. Просто, чтобы не пугаться и не путаться, увидев эти аббревиатуры рядом, запомните, что HLA и MHC – это примерно одно и то же. Примерно, но не совсем…
С определением этих генов началось активное развитие трансплантологии. И сейчас, когда встает вопрос о пересадке органов, у донора и реципиента в первую очередь проверяют совпадение генов HLA – чем выше его степень, тем больше шансов на успех. Однако с самого начала ученым было понятно, что облегчение или затруднение трансплантации никак не могло быть основной функцией этой группы генов. В природе, как вы понимаете, животные не имеют обыкновения пересаживать органы друг другу, это сугубо человеческое, причем очень недавнее изобретение. Очевидно, у этих белков были еще какие-то важные для организма функции, но какие?
Последующие исследования подтвердили, что отторжение трансплантата организмом при несовпадении их МНС является всего лишь «побочным эффектом», маскирующим истинную функцию этих белков – презентацию пептидного портрета клеток. Американский иммунолог Барух Бенасерраф продемонстрировал на морских свинках, что гены МНС не только определяют индивидуальность организма, но и отвечают за иммунный ответ на чужеродные вещества. За эти исследования в 1980 году трем упомянутым выше ученым была присуждена Нобелевская премия по медицине и физиологии с формулировкой «за открытие на поверхности клеток генетически определенных структур, определяющих иммунную реакцию».
Так что же именно делают белки главного комплекса гистосовместимости? Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо вспомнить, что живая клетка непрерывно обновляется. Срок жизни одних белков в ней измеряется минутами, других – часами, но в конце концов все они деградируют. Управление деградацией, так же как и синтезом белков, – важный механизм внутриклеточной регуляции.
Клетка утилизирует белки несколькими способами. Один из них – протеасомная деградация. Протеасома представляет собой гигантский белковый комплекс, который находится в цитоплазме клетки. Она распознает белки, помеченные маленьким белком убиквитином. Специальные ферменты помечают этой молекулой отслужившие свое белки, и протеасома расщепляет их на короткие фрагменты – пептиды. Большая часть этих пептидов позже разбирается до аминокислот, которые экономная клетка использует для синтеза новых белков.
Однако некоторая часть пептидов, образовавшихся в результате протеасомной деградации белков, связывается с уже знакомыми нам комплексами MHC. В трехмерной структуре этих белков легко заметить своеобразную «щель» – именно она способна связывать короткие пептиды.
Связав пептид, комплекс МНС вместе с ним транспортируется на поверхность клетки, находится там какое-то время, а потом деградирует и, в свою очередь, распадается на аминокислоты. Таким образом с помощью белков МНС каждая клетка непрерывно в режиме реального времени экспонирует (представляет) на своей поверхности случайные фрагменты всех стабильно производимых в ней белков. В результате получается «пептидный портрет», или «пептидный каталог», жизнедеятельности клетки.
Если клетка здорова, то в «пептидном портрете» будут остатки лишь ее собственных белков. Однако если она заражена каким-то паразитом, например вирусом, или мутировала, то среди нормальных собственных пептидов будут встречаться чужеродные пептиды – антигены. При инфекционном поражении на их долю приходится не более 0,1 % от общего числа выделенных из мембранных молекул MHC пептидов. Таким образом, из примерно 100 тысяч молекул MHC, присутствующих на поверхности клетки, чужеродный эпитоп будет входить в состав всего лишь 100 молекул. Однако этого ничтожного присутствия «чужого» оказывается достаточно, чтобы вызвать иммунный ответ. Поскольку МНС связывает только короткие пептиды, все эпитопы, которые он предъявляет, являются линейными.
Трудно подыскать какую-то адекватную аналогию для этого процесса в нашем мире. Пожалуй, чем-то это похоже на популярный блог, в котором его хозяин или хозяйка каждые несколько минут размещают фотографии своей жизни: подушка, на которой я проснулась сегодня утром; йогурт, который я съела на завтрак; помада, которой я крашу губы, перед тем как выйти в магазин, – и прочие не менее (и не более) увлекательные кадры. И вдруг однажды среди них появляется смазанное фото надписи «Спасите!» или, напротив, четкое изображение таблицы Менделеева – одним словом, что-то странное, нетипичное, ни на что не похожее. Если вы постоянный читатель блога, то наверняка вас это насторожит. Возможно, вы даже подумаете: «Не позвонить ли в полицию?» Так же настораживается и наша иммунная система, обнаружив на поверхности клетки нетипичный, чужеродный пептид.
Комплексы МНС играют важную роль в созревании Т-клеток (об этом в следующей главе) и реализации Т-клеточного иммунного ответа. Дело в том, что в отличие от В-клеточного рецептора (BCR), который способен взаимодействовать с антигеном напрямую, Т-клеточный рецептор (TCR) распознает чужеродные пептиды только в составе комплексов МHC – I. Именно эта особенность позволяет Т-киллерам находить зараженные клетки, не повреждая здоровые, и делает Т-клеточный ответ на порядок более чувствительным и точным, чем реакция клеток врожденного иммунитета.
Тут нам снова пригодится полицейская аналогия. Представьте себе городок, в котором у всех законопослушных граждан паспорта целые, а вот на паспорте убийцы, скрывшегося с места преступления, остался след от пули или ножа. Чтобы найти преступника, полицейским будет достаточно проверить документы у всех жителей. Примерно так работает Т-клеточный иммунитет, разыскивая клетки с неправильными пептидами в МНС-комплексах. Долго? Да, но зато просто и надежно. А на самом деле не так уж и долго, ведь Т-клеток, в отличие от полицейских, у нас миллионы…
Все без исключения клетки нашего организма обладают «иммунным паспортом» – синтезируют МHC – I. Однако у некоторых иммунных клеток имеется еще и «специальное удостоверение»: кроме МHC – I на их поверхности п