Как указано выше, Т лимфоциты узнают антиген только в комплексе с белками МЧС.
В процессе клеточного иммунного ответа (например, для уничтожения собственных клеток, инфицированных вирусом, или трансплантированных аллогенных клеток) распознается антиген в комплексе с МЧС и, а для гуморального иммунного ответа (антитела к бактериям и растворимых токсинов) антиген должен быть представленным МЧС II. Для того, чтобы связаться с белками МЧС, белковый антиген расщепляется до коротких пептидов, (8-9 аминокислотных остатков для МЧС и и 12-15 остатков для МЧС II). Этот процесс называется процессингом антигена.
Как иммунная система принимает решение о представлении антигена с МЧС I или II и, соответственно, о развитии гуморального или клеточного формы ответа, долго оставалось неясным. Считали, что имеет значение доза антигена, его форма и введения в организм. Решающий эксперимент был поставлен в 1986 году Моррисоном и Брейсиелом. Ими было получено линии Т-лимфоцитов к вирусу гриппа, узнавали свой антиген в комплексе с МЧС и (ЦТЛ И) или МЧС II (ЦТЛ II). Было обнаружено, что ЦТЛ И уничтожали только клетки, зараженные живым вирусом, т.е. когда вирусные антигены синтезировались внутри клетки, а ЦТЛ II - и тогда, когда вирус был инактивированный, т.е. пассивно поглощался клеткой. Было сделано выводу, что эндогенные (внутренние) антигены представляются с МЧС и, а экзогенные (внешние) - с МЧС II.
Эти данные были подтверждены во многих последующих работах. Возникал вопрос, где происходит связывание антигена с белками МЧС. Логичным было предложить, что эндогенные антигены связываются с МЧС и внутри клетки, а экзогенные с МЧС II - наружу. Была даже идея, что белки МНС II является первичным акцепторами антигена при иммунном ответе. Однако в конце 80-х годов выяснилось, что свободные белки МЧС крайне нестабильными и быстро разрушаются, т.е. не могут существовать на поверхности клетки в свободном состоянии. Все события по связыванию антигенного пептида, как для МЧС и, так и для МЧС II, происходящие внутри клетки на пути от биосинтеза белков МЧС в их экспрессии на мембране. Существует специальная система белков-шапероны, содержащее цепи МЧС I и II внутри клетки до тех пор, пока они не связали антигенный пептид, и специальная система, которая следит за тем, чтобы свободные молекулы МЧС появились на поверхности. Эта система температуро-зависимая: если снизить температуру культивирования клеток до 26 - 28оС (возможно, например, если молекулы МНС искусственно экспрессирован в клетках дрозофилы), то на поверхности появляются свободные димеры МЧС.
Биосинтез белков МЧС и.
Альфа-цепь МЧС I и ?2-микроглобулин синтезируются отдельно и поступают в эндоплазматический ретикулюм (ЭПР). Альфа-цепь связан с шапероны
37
калнексином. После связывания с ?2-микроглобулина комплекс передается на другой шаперон - калретикулин и остается связанным с ним присоединиться антигенного пептида. Пептид попадает в ЭПР с цитозоле, где он образуется путем процессинга эндогенных антигенов. Это могут быть продукты деградации собственных белков, или вирусные или бактериальные антигены, синтезируемые внутри клетки. Деградация происходит с помощью так называемой протеасомы. Протеасомы - это большой мультиферментного комплекс (20S, 700КДа), состоящий из 15 субъединиц двух типов, ? и ?, каждая по 21-31 кДа. Субъединицы организованы в виде бочки. Пептид (белок) проходит через "бочку" и расщепляется ? субъединицами протеасомы. Транспорт антигенных пептидов из цитоплазмы в ЭПР выполняют специальные трансмембранные белки ТАР (transporter of antigenic peptides). Белки протеасомы кодируются генами LMP2 и LMP7, которые находятся в комплексе генов МЧС вместе с геном ТАР, причем гены LMP2 и ТАР имеют общий промотор. Пептиды, перевозимые таром, присоединяются к комплексу ?-ланцюг/?2-микроглобулин с помощью белка тапасину. Следует отметить, что дополнительный протеолиз пептида может происходить и после связывания с МЧС I. После этого комплекс МЧС И-пептид освобождается шапероны и в виде везикулы мигрирует на плазматическую мембрану. По дороге он проходит комплекс Гольджи, где гликозилюеться. Первые гипотезы о связывание антигенного пептида определяли местом связывания как раз комплекс Гольджи. Использование специального антибиотика брефелдину А, который блокирует выход белков с ЭПР в Гольджи, показали, что пептид сочетается с МЧС и к выходу из ЭПР.
Биосинтез белков МЧС II
В ЭПР синтезируются ? и ? цепи, а также специальный и-цепь (invariant). И-цепь синтезируется двумя альтернативными формами, 31 и 41 кДа, что является результатом альтернативного сплайсинга РНК. И-цепь является аналогом антигенного пептида. Его функции:
1) закрывает полость МЧС II и не позволяет связаться там эндогенному пептида
2) способствует освобождению МЧС ИИ с шапероны ЭПР;
3) направляет весь комплекс в эндосом.
Таким образом, МЧС II в составе ?-, ?-и и-цепей выходит из ЭПР, проходит комплекс Гольджи, где гликозилюеться, и направляется в ендосомальний компартмент, где и происходит его встреча с антигеном.
Экзогенный антиген попадает в эндосом путем эндоцитоза. Различные типы клеток, представляющих экзогенный антиген, способные к различным типам эндоцитоза. Макрофаги выполняют фагоцитоз, дендритные клетки - макро-пиноцитоз, а В-лимфоциты - эндоцитоз, опосредованный специфическими рецепторами, что является наиболее эффективным и специфичным. Во всех случаях антиген попадает сначала в изгиб внешней мембраны, а затем в везикулы, покрытые снаружи специальным белком клатрином. Везикулы движутся внутрь клетки, где сливаются с существующими компартментами и проходят целый ряд преобразований: в них включаются протонные насосы и снижается рН начинают работать протеолитические ферменты с оптимумом рН в кислой диапазоне - катепсин. Окончательным пунктом преобразования ендосомы является лизосома, где белки расщепляются до аминокислот. На пути превращения образуется специальный компартмент, где антигенный пептид встречается с белком МЧС II, путешествует с ЭПР.
Этот компартмент так и называют МИИС. Экзогенный антиген в МИИС уже находится в виде смеси пептидов. Первоначально считалось, что и-цепь просто диссоциирует с ? / ? димера под действием кислых рН и его место занимает антигенный пептид. Потом выяснилось, что и-цепь сначала сам расщепляется протеазами, в результате чего в полости МЧС ИИ остается лишь небольшой пептид - CLIP (class II-associated immunogenic peptide, фрагмент 81-105). Фактически он и является аналогом антигенного пептида и своим участком 92-105 ингибирует связывание других пептидов в полости МЧС II. Процесс замещения CLIP на антигенный пептид происходит с помощью специального белка - димера DМ-А и DМ-В (их гены тоже находятся в комплексе МЧС). Этот белок стабилизирует промежуточные структуры МЧС II, образующихся после отщепления CLIP и позволяет связаться пептида экзогенного антигена, который присутствует в той же везикулы. Если связки антигенного пептида не происходит, то ? / ? димер агрегирует и переваривается собственными протеазами. Надо отметить, что альтернативные формы и-цепи (31 и 41 КД) отличаются по своей устойчивостью к протеолиза: более тяжелая форма содержит ингибитор катепсина L. Таким образом, разные участки и-цепи несут различные сигналы: для тримеризации (163-183), направление в ендосомы (цитоплазматический хвост), связывание в полости МЧС II (92-105), ингибирование катепсину L.
Из приведенного выше становится понятным, что дихотомия представления эндогенных и экзогенных антигенов, которая лежит в основе разделения на гуморальный и клеточный ответ, основанный на различных путях синтеза и метаболизма МЧС I и II.
Однако нет правил без исключений. Так, эндогенный антиген в некоторых случаях может представляться с МЧС II. Это происходит, когда его синтезируется клеткой очень много (суперекспресия). В таком случае начинает работать путь транспорта цитозольных белков в ендосомы. Есть данные, что транспортными белками в таком случае выступают так называемые белки теплового шока (hsp, heat shock proteins)-белки, концентрация которых в клетке повышается при стрессовых условиях (повышение температуры или дефицита питательных веществ). Гены белков теплового шока и МЧС тесно сжаты; их продукты тоже родственные по своему строению. Так, первичная структура ?1 и ?1 доменов МЧС очень напоминает таковую у белков теплового шока, оба типа белков приспособлены для связывания и транспортировки пептидов: белки hsp70 способствуют транспорта в лизосомы дефектных белков, синтезировались в клетке, но не прошли одного из пунктов контроля и подлежат деградации. Hsp70 имеют центры связывания с клатрином - белком, который покрывает снаружи ендосомы и лизосомы. Таким же путем собственные или вирусные белки из цитоплазмы могут попадать в эндосом и сочетаться там с МЧС II.
Экзогенный антиген в некоторых случаях может быть представлен с МЧС И. Такой процесс называют перекрестным представлением (cross-presentation), он проходит в дендритных клетках с участием тапасину и имеет важное значение для ответа на вирусные инфекции. Это означает, что существует и обратный путь транспорта антигенных пептидов с эндосом в цитоплазму.
Липидные антигены, а также гидрофобные белки могут представляться для распознавания Т лимфоцитами в комплексе с поверхностной молекулой CD1. Было выяснено, что при таком типе представления антиген тоже проходит ендоцитозним путем, но его процессинг не требует участия DМ-А, DМ-В или ТАР. В полости CD1 много гидрофобных аминокислотных остатков.
Кроме представления антигенных пептидов Т лимфоцитам, молекулы МЧС выполняют и другие функции. Независимо от строения представленного пептида, они лигандами для рецепторов Т-лимфоцитов и естественных киллеров, метками индивидуальности, узнаваемы, например, при отторжении трансплантата. Они принимают участие в формировании репертуара Т-лимфоцитов в процессе индивидуального развития (об этом речь пойдет в отдельной лекции). Молекулы МЧС выполняют самостоятельные рецепторные функции, т.е. при контакте с Т-лимфоцитов клетка, представляющая антиген, тоже получает сигнал, который может привести к ее пролиферации, дифференцировки или, наоборот, гибели. И, наконец, именно молекулы МЧС определяют индивидуальный запах каждого члена популяции, распознавания которого лежит в основе поиска сексуальных партнеров и ограничения инбридинга.