Как было рассмотрено в предыдущей лекции, активация Т и В лимфоцитов
, что является ключевым моментом развития иммунного ответа, требует взаимодействия антиген-специфического рецептора с антигеном (растворимым, для В лимфоцитов, и представленным молекулой МЧС, для Т-лимфоцитов).
Сигнал, генерируемый в результате этого взаимодействия, передается ядра Т или В лимфоцита и запускает активационный процесс. Прохождению сигнала способствует корецептор, который, во-первых, усиливает авидность взаимодействия рецептора с антигеном, а, во-вторых, притягивает к сигнального комплекса тирозинову киназу. Сигнал, передаваемый внутри клетки разветвляется и приводит к активации нескольких ядерных факторов.
Совместное действие этих факторов способна активировать определенный ген. Таким образом, активация клетки запускается Нековалентные взаимодействия рецептора с лигандом, усиленной за счет дополнительных взаимодействий корецептора. Однако оказывается, что для полноценной активации одного сигнала, проходящего через рецептор и корецептор, не достаточно. Необходимо еще так называемый костимуляторний сигнал, который проходит через специальные молекулы на поверхности клетки.
По типу результата, к которому приводит взаимодействие, костимуляторни молекулы разделяют на:
- Молекулы активации Т-лимфоцитов;
- Молекулы активации В лимфоцитов;
- Молекулы адгезии.
По своему строению В7.1, В7.2, CD28 и CTLA-4 относятся к суперродины иммуноглобулинов (то есть иммуноглобулиноподобная молекулами) CD40L и TNF? - до семьи TNF (tumor necrosis factor - фактор некроза опухолей): ее члены могут быть как мембранными , так и растворимыми белками; TNF-R и CD40 относятся к семейству цитокиновых рецептрив типа III, о чем пойду речь позже.
В каждой паре, которая взаимодействует, кроме молекул адгезии, один из компонентов экспрессированных в клетке постоянно (п), а второй является индуцированным (и). Это означает, что с помощью костимуляторних молекул клетки могут взаимодействовать не в любой момент, а на определенном степени готовности, т.е. при наличии других активационных сигналов. Экспрессия костимуляторних молекул определяет зрелость, готовность клетки вступить в контакт, стимулированных антигеном. Уровень экспрессии костимуляторних молекул, регулируется растворимыми факторами - цитокинами.
Таким образом, для успешной активации лимфоцитов, что является ключевым процессом иммунного распознавания, необходимо наличие трех активационных сигналов:
1) антигена, надлежащим образом представленного - для Т-клеток, и свободного - для В клеток;
2) костимуляторних молекул, определяющие зрелость клеток и их готовности к ответу;
3) цитокинов, стимулирующих экспрессию костимуляторних молекул.
Активация лимфоцитов имеет своим следствием несколько разных процессов: клетки начинают делиться и дифференцироваться, т.е. синтезировать новые продукты. Это означает, что должны включаться разные механизмы: переход клетки из состояния покоя (фаза Go) до состояния движения по клеточному циклу (пролиферация), синтез новых внутриклеточных белков, изменяющих жизнедеятельность клетки (дифференцировки) и синтез белков на экспорт: антител, цитокинов. Эти механизмы включаются под действием различных внешних сигналов, вероятно, что сигналы, которые предоставляются антигеном, костимуляторнимы молекулами и цитокинами является функционально различными.
Наличие всех костимуляторних сигналов при отсутствии антигена не приводит к активации клетки и запуска иммунного ответа. При случайных контактах клеток, например в кровотоке, авидность их взаимодействия невелика и они быстро роходяться "пожав друг другу руки". Антиген является пусковым сигналом, триггером всей системы, что значительно повышает авидность взаимодействия и позволяет пройти активационном сигналу. С другой стороны, система срабатывает, если
47
при появлении антигена все ее компоненты готовы к ответу. Если нет (не хватает какого-то из костимуляторних сигналов), возможны различные варианты исхода:
1) активация не прошла, но клетки остались потенциально способными для будущей активации;
2) клетки перешли в состояние анергии и не способны к дальнейшей деятельности;
3) клетки выбраковываются как могут выполнять свои функции, в них включается механизм запрограммированной гибели - апоптоза.
4) при отсутствии цитокинового сигнала (при определенном уровне костимуляторних молекул) возможно половинчатое активационные решения, например, клетка секретирует активационный цитокин, но пролиферирует, или наоборот.
Следовательно, наличие костимуляторних молекул - это еще и контроль надежности системы, который следит, чтобы работу по распознаванию и потенциальному уничтожению антигена выполняли только опытные и квалифицированные работники. Клетки, которые не отвечают таким требованиям, исключаются из дальнейшей деятельности (анергия) или уничтожаются (апоптоз).
Взаимодействие посредством костимуляторних молекул повышает общую авидность взаимодействия двух клеток и является источником дополнительных активационных сигналов. Образуется так называемый иммунный Синапс. Этот термин, взятый из нейробиологии, подчеркивает наличие локального плотного контакта двух клеток, опосредованного взаимодействием нескольких типов молекул, и не имеет полной аналогии с нервным синапсом.
Образование иммунного синапса выполняет еще одну функцию, важность которой стала ясной лишь в последнее время. Эта функция - сближение представленного антигена и специфического рецептора. Дело в том, что для эффективного взаимодействия Т-клеточного рецептора и комплекса антигена с МЧС клетки, на которых они представлены, должны сблизиться на расстояние около 15 нм. Однако как Т лимфоциты, так и клетки, представляющие антиген, плотно покрытые так называемым гликокаликса - большими молекулами сильно гликозильованих, отрицательно заряженных белков, которые не дают клеткам сблизиться. Поэтому первые контакты этих клеток происходят с участием адгезивных молекул LFA и ICAM, которые могут взаимодействовать на расстоянии около 40 нм. В неактивном состоянии клетки LFA связан с цитоскелетом и не может двигаться в плоскости мембраны.
Он освобождается и может диффундировать вдоль мембраны под действием так называемых хемокинов - особого типа растворимых факторов (о них речь пойдет в следующих лекциях). Это делает возможным перегруппировки поверхностных молекул клеток, которые взаимодействуют. При образовании иммунного синапса адгезивные молекулы остаются на периферии, а антиген-специфические рецепторы, МЧС, представляющих антигенный пептид, и костимуляторни молекулы концентрируются внутри. Молекулы CD28 и CTLA-4 тоже больше по размеру, чем антиген-специфический рецептор, поэтому считают, что именно они делают следующий шаг для сближения клеток, которые взаимодействуют. И, наконец, если Т-клеточный рецептор специфически взаимодействует с представленным антигеном, запускается вся ряд активационных событий. Таким образом, первый шаг клетки к активации происходит под действием хемокинов, которые являются фактически четвёртые активационным сигналом.
Взаимодействие с представленным антигенным пептидом - это естественный путь активации иммунных клеток. Однако сначала сама природа, а затем и человек в эксперименте разработала дополнительные средства активации. Можно сказать и так, что иммунная система Окольные, побочные пути активации, которые используются в некоторых специальных условиях.