рисутствуют также комплексы МHC – II. Это позволяет им представлять большее разнообразие пептидов-эпитопов. Такие клетки называются профессиональными антигенпрезентующими клетками (АПК), они крайне важны в активации Т-клеточного ответа. К профессиональным АПК относятся макрофаги, В-лимфоциты и дендритные клетки. Последние играют ключевую роль в активации Т-клеточного ответа.
Основным различием между комплексами MHC – II и MHC – I является то, что первый состоит только из белков HLA, в то время как второй включает еще один белок, получивший название «бета-микроглобулин».
Глава 21ВТОРОЙ РАУНД – ОТСЕЧЬ ЛИШНЕЕ
Я беру камень и отсекаю все лишнее.
Процесс V(D)J-рекомбинации мы рассмотрели на примере В-клеток, а вот процессы отбора адаптивных клеток стоит рассмотреть на примере Т-клеток. Дело в том, что их созревание у млекопитающих проходит по-разному. В-клетки созревают прямо в костном мозге, в то время как Т-клетки мигрируют для этого в специальный орган – тимус. Именно здесь незрелые клетки-предшественники превращаются в полноценных «солдат» иммунной армии – Т-лимфоциты.
Тимус, или вилочковая железа, – небольшой орган розовато-серого цвета, расположенный в верхней части грудной клетки. Его рост продолжается до начала полового созревания (масса достигает 20–37 граммов). С возрастом тимус подвергается атрофии, после 70 лет его масса в среднем составляет всего 6 граммов. Деградацией тимуса, по-видимому, объясняется снижение адаптивного иммунитета в зрелом возрасте, поэтому ученые, работающие над проблемой старения, ищут возможности повернуть этот процесс вспять.
Именно в тимусе происходит отбор предшественников Т-клеток. Он состоит из трех этапов.
На первом этапе, его еще называют β-селекцией, отбираются клетки с рецептором, в принципе способным свернуться и образовать правильную пространственную структуру. Клетки, в которых ген рецептора мутировал слишком сильно и получившийся белок не может правильно свернуться, погибают.
Второй этап – положительная селекция. Свернуться-то белок свернулся, но способен ли он успешно связывать антигены? Как мы уже говорили, в отличие от В-клеток Т-лимфоциты распознают антигены не в свободном виде, а только в составе особых комплексов MHCI. На данном этапе отбираются Т-лимфоциты, успешно связывающие MHCI, остальные клетки-предшественники погибают – а это, между прочим, ни много ни мало 90 %!
И, наконец, третий этап – отрицательная селекция. Как было показано выше, механизм формирования разнообразия антигенраспознающих рецепторов основан на случайных мутациях и лишен какой бы то ни было изначальной целесообразности. Поэтому часть рецепторов неизбежно окажется способна связывать не только чужеродные антигены, но и собственные белки организма. А именно такое ошибочное распознавание своего как чужого является причиной аутоиммунных заболеваний, о которых мы поговорим во второй части книги. Чтобы избежать подобного развития событий, организм убивает иммунные клетки, способные взаимодействовать с его собственными белками. Созревающие Т-лимфоциты медленно перемещаются вдоль клеток тимуса, предъявляющих им различные фрагменты собственных белков организма, и те Т-клетки, что демонстрируют способность связывать их, уничтожаются.
Тут, правда, возникает интересный вопрос. Понятно, что клетки тимуса могут предъявить для опознания типичные белки, которые синтезируются во всех клетках организма, например ДНК-полимеразы или ферменты цикла Кребса (основного пути сжигания глюкозы). Но как быть с более специфическими молекулами – белками клеток печени, нервных клеток, мышечными и другими? Если Т-клетки тестируются лишь на белках, которые синтезируются в тимусе, как можно быть уверенными, что не будут упущены клетки, распознающие специфические белки других органов и тканей?
Долгие годы было совершенно непонятно, как организм обходит это ограничение, пока в конце XX века несколько исследователей независимо друг от друга не открыли ген AIRE (от англ. autoimmunity regulator) и не показали, что мутации в нем вызывают тяжелое аутоиммунное заболевание – синдром MEDAC (аутоиммунный полиэндокринный синдром типа 1). Белок, кодируемый геном AIRE, – транскрипционный фактор. Результат его активности – экспрессия генов органоспецифических антигенов различных органов (прежде всего эндокринных) в клетках мозговой зоны тимуса. Всего в тимусе экспрессируется 2000–3000 генов внетимусных белков, для экспрессии 500 из них доказана роль AIRE. Вероятно, есть и другие транскрипционные факторы, выполняющие ту же роль. Кроме того, Т-лимфоциты проходят еще один этап отбора: уже покинув тимус, они некоторое время путешествуют по организму для знакомства с «местными» аутоантигенами и лишь после этого достигают окончательной зрелости.
Похожим образом – проходя этапы сначала положительного, а затем отрицательного отбора – в костном мозге созревают В-клетки. Однако у них имеется одна интересная особенность, которой нет у Т-лимфоцитов. Если в покинувших тимус Т-клетках не происходит больше никаких мутаций в генах Т-клеточного рецептора, то в В-клетках после их первичной активации антигеном осуществляется еще один этап «подгонки» рецептора под антиген – так называемая соматическая гипермутация.
Мы уже говорили о том, что ранние иммуноглобулины М связывают антигены слабее, чем иммуноглобулины G. Чем же объясняется такое заметное улучшение качества гуморального ответа при переходе от М к G?
После активации антигеном B-клетки начинают интенсивно делиться. Параллельно в участках генов, кодирующих гипервариабельные домены, наблюдаются множественные точечные мутации. Этот и есть соматическая гипермутация. Она происходит в В-клетках уже после V(D)J-рекомбинации.
Частота соматической гипермутации составляет примерно один мутировавший нуклеотид вариабельного домена на клеточное деление. Дочерние клетки, появляющиеся в результате деления, будут продуцировать антитела с немного отличающимися вариабельными доменами. Это еще один механизм повышения разнообразия антител, оказывающий влияние на сродство антител к антигену. Некоторые из этих мутаций понижают сродство антитела дочерней клетки к ее антигену, а другие, напротив, повышают. Те B-клетки, которые экспрессируют антитела с более высоким сродством, лучше делятся и редко подвергаются апоптозу, получая конкурентное преимущество перед B-клетками, кодирующими антитела с низким сродством. Так, деление за делением, возрастает сродство В-клеточных рецепторов к их антигенам.
Глава 22ПРИРОЖДЕННЫЕ УБИЙЦЫ
Ничто так не молодит, как потеря паспорта.
Что за полицейский триллер без отрядов специального назначения, способных справиться с самыми опасными преступниками и террористами? Так что, поговорив о гуморальном иммунитете и его тесных связях с врожденным иммунитетом, переключимся на лимфоциты, которые могут уничтожать зараженные клетки напрямую, не прибегая к помощи фагоцитов. Точнее, почти не прибегая, поскольку в иммунной системе человека все так или иначе связано со всем, и мы в этом еще не раз убедимся.
В нашем организме два основных типа клеток-убийц. И хотя они используют сходные механизмы уничтожения зараженных клеток, один тип – естественные киллеры – относится к врожденному иммунитету, а другой – Т-киллеры – к приобретенному. Давайте разбираться, как же так получилось.
И естественные киллеры, и Т-киллеры производят цитолитические гранулы, по происхождению сходные с лизосомами обычных, не иммунных клеток. Эти гранулы содержат сложный коктейль белков, главными из которых являются перфорин и гранзимы. Перфорин – это структурный аналог одного из компонентов системы комплемента, о которой подробнее рассказывалось в главе «Еще кое-что об антителах». Соединяясь друг с другом, молекулы этого белка формируют поры в мембране клетки-мишени. Гранзимы – это сериновые протеазы, выделяют несколько их разновидностей: А, В и С. Проникая в клетку-мишень через перфориновые поры, гранзимы запускают ее апоптоз. Таким образом, клетки-киллеры, строго говоря, не убивают, а скорее «доводят до самоубийства» раковые клетки и клетки, зараженные вирусом.
Столкнувшись с зараженной клеткой, оба этих типа лимфоцитов как бы наползают на будущую жертву. В месте контакта образуется специальная структура – иммунологический синапс, в который впрыскиваются гранулы, и таким образом воздействие оказывается точным и точечным. Клетки-киллеры, подобно спецагентам из голливудских триллеров, работают прицельно, стараясь избегать случайных жертв среди «мирного населения», – в итоге соседние здоровые клетки не повреждаются.
После киллеров на место криминальных разборок приходят макрофаги и зачищают территорию от бренных останков жертв. Сами лимфоциты этого делать не могут. Так что помощь со стороны врожденного иммунитета им все-таки нужна.
Но если обе линии лимфоцитов действуют сходным образом, то зачем их вообще разделять, да еще и относить к разным ветвям иммунитета? Вспомним о главных задачах, которые решает иммунитет: распознать, провзаимодействовать, уничтожить. Естественные киллеры и Т-лимфоциты имеют одинаковые системы уничтожения больных клеток, но используют два разных и при этом взаимодополняющих принципа распознавания «чужаков».
На поверхности Т-киллеров находятся Т-клеточные рецепторы, способные распознавать фрагменты чужеродных белков-антигенов в составе комплексов МНС – нашего «иммунного паспорта». Так же как и в случае В-клеток, каждый Т-лимфоцит производит один определенный тип TCR, чувствительный к одному или, во всяком случае, небольшому числу антигенов. Когда Т-киллер распознает чужеродный пептид на поверхности клетки, он активируется, выбрасывает литические гранулы и убивает больную клетку. Пока все просто и понятно. Но есть проблема: вирусы и раковые клетки стремятся обойти эту охранную систему. Одним из возможных способов сделать это является потеря МНС (MHC-loss). Когда вирус или раковая клетка тем или иным способом нарушают презентацию антигена в составе МНС, они становятся «невидимыми» для Т-киллеров: нет антигена – нет проблемы. Многие вирусы и злокачественные опухоли используют этот способ, чтобы обойти иммунную защиту нашего организма.