Из изложенного следует, что у высших позвоночных существуют два принципиально различных типа специфического иммунного распознавания антигенов. Первый тип характерен для антител и рецепторов В-клеток, второй - для рецепторов Т-клеток.
Распознавание антигена антителами и рецепторами В-клеток. Антитела и рецепторы В-клеток не требуют дополнительных структур для взаимодействия с антигеном. При этом они могут распознавать антигены как растворимые, так и корпускулярные, нативные и денатурированные, свободные и ассоциированные с мембраной клетки или фиксированные на искусственном инертном носителе (пластика, нейлоновой вате и т.п.). Антитела и рецепторы В-клеток потенциально способны взаимодействовать с антигенами любой химической природы. Например, описано моноклональные антитела, которые способны селективное распознавать катионы тяжелых металлов.
Участки молекулы антигена, которым: пецифично связываются рецепторы В-клеток и соответствующие антитела, называют дншшшниш детерминантами или В-эпитопами В-эпитопы состоят примерно из 5-15 аминокислотных остатков, как правило, экспонированные на поверхности молекулы антигена. В-эпитопы белковых антигенов могут быть линейными и конформационными (пространственными, разрывными). Конформационные эпитопы, в отличие от линейных, образованные остатками аминокислот, размещенные не в одной, а в разных частях аминокислотной последовательности белка, но пространственно приближены друг к другу.
Распознавание антигена рецепторами Т-клеток. Рецепторы Т-клеток могут распознавать только белковые антигены, причем ТКР взаимодействует с короткими пептидами, содержащихся в определенных участках полипептидной цепи антигена. Пептиды, которые распознаются рецепторами Т-клеток, называют Т-эпитопами Т-эпитопы являются последовательными (секвенциального) и не зависят от пространственной конфигурации нативного белка. Они образуются вследствие процессинга выходного полипептидной антигена и связывания его фрагментов с соответствующими молекулами МНС.
Антигены, в распознавании которых участвуют Т-клетки, называют Т-зависимыми антигенами. Только такие антигены является иммуногенными, т.е. способными формировать полноценную специфический иммунный ответ и иммунную память. Т-зависимые антигены могут взаимодействовать как с рецепторами В-клеток, распознающих поверхностные эпитопы, так и с рецепторами Т-клеток, распознающих пептидные фрагменты, локализованные внутри молекулы антигена. Представление Т-зависимых антигенов на поверхности В-клеток дает возможность Т-хелперам индуцировать дифференцировку В-клеток в антитилопродуценты. Поскольку Т-эпитопы содержатся только в структуре белковых антигенов, то необходимым условием иммуногенности антигена является наличие в его структуре полипептидной цепи. Итак, среди природных биополимеров иммуногенными могут быть белки, гликопротеины, нуклеопротеиды и липопротеины. Этот феномен был известен иммунологам уже давно и широко использовался на практике. Так, классическим методом для получения иммунного ответа к любому неимуногенного антигена (гаптена) является конъюгация этого антигена с иммуногенными белком-носителем.
Количество Т-эпитопов в молекуле белка меньше, чем количество В-эпитопов. Во-первых, это связано с тем, что репертуар рецепторов Т-клеток более ограничен, чем репертуар рецепторов В-клеток. Во-вторых, не все пептидные фрагменты антигена могут быть представлены с молекулами МНС на поверхности клетки.
В отличие от В-клеточных рецепторов ТКР могут распознавать только антигены, представленные на поверхности живых клеток, способных к предварительного расщепления антигена. Именно поэтому методы, которые были успешно использованы для демонстрации связывания В-рецепторов с антигеном (метод адсорбции растворимых радиоактивно меченых антигенов на поверхности лимфоцитов и метод адсорбции лимфоцитов на нейлоновой вате или латексных шарах с сорбированных антигеном), оказались непригодными для идентификации рецепторов Т- лимфоцитов. Связывание Т-клеток с антигеном впервые было продемонстрировано при использовании метода адсорбции иммунных лимфоцитов на монослое клеток-мишеней. Принцип метода заключается в том, что лимфоциты, взятые от иммунизированных определенным антигеном животных, добавляют к обработанного этим самым антигеном монослоя макрофагов. Лимфоциты, связались с антигеном, снимают с монослоя, изменяя рН или обрабатывая его раствором трипсина. Специфичность связывания рецепторов с антигеном определяют, исследуя функциональную активность снятых с монослоя клеток, например килинговий эффект или продуцирования интерлейкинов. Оказалось, что связывание Т-лимфоцитов с антигеном на монослое клеток не блокируется ни антителами к антигену, ни самим антигеном, но блокируется антителами к антигенам системы МЧС.
Так установлена уникальная особенность Т-рецепторов, которая заключается в том, что объектом их распознавания является не сам изъят в результате процессинга антигенный пептид, а его комплекс с аутологичной молекулами МНС. Рецептор Т-клеток распознает как процесований антиген, так и проксимальные (N-концевые) домены белков гистосовместимости, что его связывают. Поэтому распознавание по такому механизму называют двойным распознаванием.
Как уже отмечалось в предыдущих разделах, рецептор Т-хелперы распознают пептиды в составе комплексов с МНС II, а рецептор Т-киллеров - в составе комплексов с МЧС I. Таким образом, Т-эпитоп, который распознается Т-хелперов, и Т-эпитоп, распознаваемого Т-киллером, как правило, не совпадают по аминокислотной последовательностью. Пептиды, которые связываются с молекулами МНС различных классов, имеют разные размеры и состоят из 12 - 25 аминокислотных остатков для МНС II и с 8 - 10 остатков для МЧС И. Кроме того, МЧС и представляются, как правило, пептиды эндогенных, а с МНС II - пептиды экзогенных антигенов (см. разд. 6).
Итак, ТКР распознает антигенные пептиды белковых антигенов эндо-или экзогенного происхождения и антигены гистосовместимости, которые являются продуктами генов собственных клеток организма. Необходимость ассоциации антигенных пептидов на АПК с молекулами МНС собственного или генетически идентичного организма называют МЧС-рестрикииею (ограничением по МЧС). Этот феномен впервые обнаружили Р. Цинкернагель и П. Догерти (1974-1976 pp.) При изучении цитотоксического действия Т-лимфоцитов животных, зараженных вирусом лимфоцитарного хориоменингита, на инфицированные этим вирусом клетки-мишени разных гаплотипов, а исследованиями Б. Бенацеррафа с невирусные антигенами распространен на большинство самых антигенов.
МЧС-рестрикция формируется вследствие позитивной селекции Т-лимфоцитов в тимусе, при которой отбираются те клетки, несущие рецептор, способный взаимодействовать с представленными на эпителиальных клетках собственными молекулами МНС (см. разд. L2). Феномен МЧС-рестрикции эволюционно возник для распознавания экспрессированных на поверхности инфицированных клеток организма антигенов внутриклеточных инфекционных агентов, таких как вирусы и некоторые бактерии (листерии, микобактерии и др..). Одновременное распознавание чужеродного антигена и собственного МЧС делает невозможной блокаду рецепторов Т-лимфоцитов свободным антигеном, циркулирующего в крови. Кроме того, благодаря МЧС-рестрикции Т-лимфоциты способны различать эндо-и экзогенные антигены, поскольку они представляются в комплексе с молекулами МНС разных классов, и развивать эффективный ответ адекватного типа. А способность многих патогенов к антигенной мимикрии (маскировка под антигены макроорганизма с целью избежания контроля со стороны иммунной системы) не угрожает вида в целом благодаря значительному полиморфизма системы МЧС.
Следует отметить, что способность распознавать антигены в комплексе с МЧС свойственна аßТ-клеткам, которые характеризуются широким спектром специфических рецепторов. Особенности распознавания антигенов уб-Т-клетками окончательно не выяснены. Есть данные, что они могут распознавать нативные антигены или антигены в комплексе с некоторыми другими молекулами, которые не являются ни МЧС И ни МНС II, в частности CD1 у человека и ТИА - у мыши.
Итак, Т-и В-рецепторы, характеризуясь высокой специфичностью к антигену и подобию структуры, значительно отличаются по механизмам распознавания антигена. Однако несмотря на принципиальное различие в распознавании антигенов иммуноглобулинами и рецепторами Т-клеток, молекулярные механизмы, лежащие в основе такого распознавания, одинаковы. Эти механизмы основаны на одних и тех же типах нековалентных взаимодействий: вандерваальсовы, электростатических, гидрофобных, водородных.
Прогресс в изучении молекулярных основ иммунного распознавания связан прежде всего с исследованием пространственной структуры комплексов антиген - антитело и комплексов ТКР-антигенный пептид - МЧС с помощью методов ядерного магнитного резонанса и рентгеноструктурного анализа.