Среди клеток иммунной системы специфические к антигену рецепторы имеют кроме В-лимфоцитов также Т-лимфоциты. Как уже отмечалось, рецепторы Т-клеток распознают антигенные пептиды в комплексе с молекулами
гистосовместимости классов I и II. Рецепторы Т-клеток, очевидно, также могут быть представлены большим количеством вариантов, поскольку антигены МЧС могут представлять значительное количество антигенных пептидов. Поскольку Т-клетки должны быть специфическими к конкретному антигенного пептида и конкретного аллеля МЧС, суммарное количество их вариантов должна быть приблизительно такой же, как и количество вариантов антител. Это было выяснено уже в 60-х годах, однако рецепторы Т-клеток долго не удавалось идентифицировать, поскольку они представлены лишь мембраносвязанных формами.
Специфичность Т-клеток к определенным антигенам побудила также к поиску генетических механизмов, которые увеличивают многообразие их рецепторов. Многие исследователи предполагали, что гены, кодирующие рецепторы Т-клеток, построены аналогично генам антител. Однако долгое время не удавалось идентифицировать поверхностные структуры, которые обусловили способность Т-клеток распознавать антигены. Экспериментально обнаружить рецепторы Т-клеток впервые удалось Дж. Аллисон, Дж. Каплеру и Е. Рейнгерц. Они получили антитела, которые связывались только с поверхностью определенных Т-лимфоцитов, но не В-лимфоцитов или других клеток. С помощью таких антител удалось выделить определенный белок из мембран Т-лимфоцитов и установить, что молекулярная масса этого белка составляет около трети массы иммуноглобулинов. В настоящее время установлено, что рецептор Т-клеток образован двумя субъединицами и напоминает Fab-фрагмент антитела.
В 1984 г. Т. Мак М. Дэвис клонировали ген, который перестраивался только в Т-клетках, но не в В-клетках. Такого гена не было в других соматических клетках, что свидетельствовало о том, что он кодирует именно те структуры, которые являются различными в разных клонах Т-лимфоцитов. Любопытно, что Т. Мак выделил этот ген из лейкозных Т-клеток человека, а М. Дэвис - с Т-клеточной гибридомы. Оказалось, что гены, были клонированы обеими исследователями, кодирующих один и тот же белок. Установка нуклеотидной последовательности этих генов выявило их гомологию к генов, кодирующих синтез иммуноглобулинов. Первым клонированным геном ТКР оказался ген, кодирующий ß-цепь ТКР. Затем X. Саито и Д. Кранц клонировали гены Т-клеток, кодирующих у-цепь ТКР. Позже было идентифицировано гены, кодирующие синтез а-цепей, которые вместе с ß-цепями образуют гетеродимерний комплекс - в |-ТКР. Функциональное значение в-цепей оставалось определенное время неизвестным, пока в пределах локуса генов а-цепей не было идентифицировано гены, кодирующие б-цепи Т-клеточного рецептора. Оказалось, что у-и б-цепи образуют гетеродимерний комплекс, который является альтернативным вариантом Т-клеточного рецептора и который называют уб-ТКР. Т-клетки, экспрессируют уб-ТКР, представляют отдельную популяцию лимфоцитов, функцию которых еще окончательно не выяснено. Оказалось, что гены Т-клеточных рецепторов, как и гены иммуноглобулинов, в эмбриональном геноме также представлены значительным количеством генных сегментов, которые рекомбинируют при развитии Т-клеток. Согласно генные сегменты V, D и J кодирующих вариабельные домены ТКР, а С-сегмента - константные домены. К константного домена каждой цепи рецептора Т-клеток присоединена последовательность гидрофобных аминокислот, заякорюють его в мембране Т-клеток. Итак, рецепторы Т-клеток представлены только в мембраносвязанных форме и во время созревания Т-клеток переключения различных С-сегментов не происходит.
Гены ТКР человека и мыши построены принципиально подобно. Они состоят из четырех локусов, кодирующих а-, ß-, у-и б-цепи Т-клеточного рецептора. В геноме человека локус генов ß-цепей ТКР
размещен на 7-й хромосоме, а-цепей - на 14-й, у-цепей на 7-й хромосоме и гены б-цепей ТКР размещены в середине локуса генов а-цепей, то есть на 14-й хромосоме (табл. 46) .
У мышей локус генов ß-цепей ТКР размещен на 6-й хромосоме, а-цепей - на 14-й, у-цепей - на 13-й хромосоме и гены б-цепей ТКР размещены в середине локуса генов а-цепей, то есть на 14-й хромосоме (см. табл. 46). Локусы генов а-и у-цепей представлены сегментами V, J и С, а следовательно, подобные по организации в генов легких цепей иммуноглобулинов. При этом локус у-цепей содержит несколько вариантов Су-сегментов, каждому из которых предшествует несколько Jy-сегментов (аналогично организации генов Х-цепей иммуноглобулинов), а локус а-цепей содержит значительное количество (около сотни) Vo-сегментов, несколько Ja -сегментов и один Са-сегмент (напоминает организацию локуса генов к-цепей иммуноглобулинов) (рис. 66). Локусы генов ß-и б-цепей состоят из четырех кластеров генных сегментов V, D, J и С (подобно организации локуса Н-цепей иммуноглобулинов). Поэтому CDR3-perioHH ß-и ö-цепей более изменчивы, чем а-и у-цепей, поскольку место соединения трех генетических сегментов V, D и J кодирует третий гипервариабельную петлю в активных центрах ТКР.
Характерно, что локус генов б-цепей размещен на той же хромосоме, что и локус генов а-цепей, и находится между кластерами Va и Ja-сегментов, поэтому его было идентифицировано последним. Молекулярные механизмы перестройки генов ТКР аналогичные механизмам перестройки генов антител (рис. 67). Объединение генных сегментов происходит в результате соматической рекомбинации полиндромних последовательностей RSS гептамерив и нонамерив на концах этих сегментов. Вся часть геномной ДНК между объединенными сегментами удаляется. Этот механизм осуществляется при участии ферментов-рекомбиназ RaGi и RAG2, поэтому мутация за этими генами приводит к отсутствию у мышей зрелых Т-и В-лимфоцитов.
При образовании Т-клеток, несущих в |-ТКР, сначала перестраиваются гены ß-цепи, а затем а-цепи, а в процессе образования клеток, несущих уб-ТКР, - соответственно гены б-и у-цепей. Благодаря тому, что локус генов б-цепей находится в середине локуса генов а-цепей, ни Т-клетка не может одновременно экспрессировать oß-и уб-ТКР. Кроме того, каждая цепь синтезируется только из одной пары гомологичных хромосом, т.е. при экспрессии генов ТКР происходит явление аллельных исключения.
Самым отличием организации генов ТКР от иммуноглобулинового генов является то, что в ходе развития Т-клеток не происходит соматический гипермутагенез в генах ТКР. Разнообразие повышается также после присоединения к тому же Н-цепи различных L-цепей. Поскольку соединения вариабельных участков VK-, V-и Vh-с D-и J-генными сегментами происходит случайно, то теоретически количество возможных комбинаций с учетом соматических мутаций достигает десятков миллионов и миллиардов. Количество возможных вариантов рецепторов Т-клеток несколько меньше вследствие отсутствия соматических гипермутаций в генах ТКР. Кроме того, гены антител, в отличие от генов рецептора Т-клеток, способны к пере дов в области, кодирующей константную часть тяжелых цепей: переключение классов и подклассов антител, а также переключение мембранной и секреторной форм иммуноглобулинов.
Разнообразие увеличивается также в связи с существованием трех способов считывания D-сегмента при смещении рамки считывания и встраивания нуклеотидов с 5'-конца D-и J-сегментов терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазою (TdT). Особенно активна терминальная дезоксинуклеотидилтрансфераза в протимоцитив, где она способствует встраиванию дополнительных нуклеотидов в D-и J-сегменты ß-цепей ТКР.
Изучение механизмов создания разнообразия антигенрозпизнавальних структур у других животных, кроме людей и мышей, показало, что природа может использовать другие механизмы диверсификации рецепторов. Поражает тот факт, что образование разнообразия рецепторов Т-клеток происходит почти по одинаковым законам у разных видов позвоночных - от рыб до человека. И наоборот, образования разнообразия антител у разных видов животных может происходить тремя различными путями: соматическим гипермутуванням, соматической рекомбинацией и генной конверсией. Высшие животные имеют все особенности строения иммунной системы, необходимые для создания специфического иммунитета: реаранжування рецепторов, соматическое гипермутування, полиморфизм МЧС I и МНС II, тимического развитие и отбор Т-клеток, при котором происходит формирование МЧС-рестрикции иммунного ответа и приобретения толерантности к собственных антигенов.
Созревания аффинности рецепторов к антигену во время вторичного иммунного ответа - это процесс, характерный прежде всего для иммунной системы высших позвоночных - млекопитающих и иногда птиц. Это связано прежде всего с тем, что в лимфоидных органах хладнокровных хордовых не формируются зародышевые центры, в которых идет процесс созревания аффинности рецепторов. Характерно, что у большинства птиц и млекопитающих не используется механизм VDJ-рекомбинации для создания разнообразия антигенспецифичних рецепторов. В них используются только механизмы генной конверсии и гипермутагенезу для внесения изменений в последовательности, кодирующие вариабельные участки рецепторов. При этом гены различных цепей иммуноглобулинов представлены иногда лишь одним набором VDJ-сегментов. Даже у кроликов, довольно распространенных лабораторных животных, главным механизмом образования разнообразия антител является генная конверсия.