ИММУНОГЛОБУЛИНЫ

ИММУНОГЛОБУЛИНЫ

Иммуноглобулины (международная аббревиатура - Ig) - класс структурно связанных белков, содержащих два вида парных полипептидных цепей: лёгкие (L, от Light - лёгкий), с низкой молекулярной массой, и тяжёлые (H, от Heavy - тяжёлый), с высокой молекулярной массой. Все четыре цепи соединены вместе дисульфидными связями. Принципиальная схема строения молекулы иммуноглобулина (мономер) приведена на рис. 5.2.

Классы иммуноглобулинов

На основании структурных и антигенных признаков H-цепей Ig подразделяют (в порядке относительного содержания в крови) на 5 классов АТ: IgG (80%), IgA (15%), IgM (10%), IgD (менее 0,1%), IgE (менее 0,01%). Заглавная латинская буква справа от Ig обозначает

Рис. 5.1. Структура белков надсемейства иммуноглобулинов. А. Молекула MHC I класса состоит из α-цепи, внемембранная её часть связана с короткой цепью β2- микроглобулина. Б. Молекула MHC II класса состоит из двух субъединиц: более длинной α-цепи и β-цепи. Часть каждой цепи выступает над поверхностью клеточной мембраны, цепь содержит трансмембранный участок и небольшой фрагмент в цитоплазме. В. Аг-связывающая область молекулы TCR состоит из двух цепей: α и β. Каждая цепь представлена двумя внеклеточными Ig-подобными доменами, стабилизированными при помощи S-S связей, вариабельным внеклеточным NH-концом и цитоплазматическим стабильным COOH-концом. SH-группа, присутствующая в цитоплазматическом фрагменте α-цепи, может взаимодействовать с мембранными или цитоплазматическими белками. Г. Мономер молекулы IgM встраивается в плазматическую мембрану B-лимфоцитов, это рецептор для Аг. Молекулярная структура TCR весьма сходна со структурой молекул MHC и Ig. Разнообразие структуры TCR и Ig обеспечивается возможностью сайт-специфической рекомбинации множества различных генных сегментов, кодирующих отдельные фрагменты молекулы.

Рис. 5.2. Молекула иммуноглобулина. L - лёгкие цепи; H - тяжёлые цепи; V - вариабельная область; С - константная область; N-концевые области L- и H-цепей (V-область) образуют два Аг-связывающих центра: (Fab)2-фрагмент. Fc-фрагмент молекулы взаимодействует со своим рецептором в мембране различных типов клеток (макрофаг, нейтрофил, тучная клетка).

класс иммуноглобулина - М, G, А, Е или D. Молекулы IgG, IgD и IgE представлены мономерами, IgM - пентамерами; молекулы IgA в сыворотке крови - мономеры, а в экскретируемых жидкостях (слёз- ная, слюна, секреты слизистых оболочек) - димеры (рис. 5.3).

 Подклассы. У иммуноглобулинов классов G (IgG) и A (IgA) имеется несколько подклассов: G1, G2, G3, G4 и A1, A2.

 Изотипы. Классы и подклассы иммуноглобулинов иначе называют изотипами, они одинаковы у всех особей данного вида.

Рис. 5.3. Мономеры и полимеры иммуноглобулинов. J-цепь (от англ. Joint - связь) связывает остатки цистеина на C-концах тяжёлых цепей IgM и IgA.

 Аллотипы. Индивидуальные аллельные варианты иммуноглобулинов в пределах одного изотипа называются аллотипами.

 Идиотипы. По антигенной специфичности АТ относят к различным идиотипам.

Структура иммуноглобулинов

 Фрагменты молекулы Ig (рис. 5.2). Путём протеолитического расщепления молекулы Ig с последующей ионообменной хроматографией можно получить 3 фрагмента: Fc-фрагмент и 2 Fab- фрагмента.

 Fab-фрагменты (Fragment, antigen binding - Аг-связывающие фрагменты) - два одинаковых фрагмента, сохраняющие способность связывать Аг.

 Fc-фрагмент (Fragment, constant or crystallizable - константный фрагмент) - непарный, легко кристаллизуется. Fc-фрагменты иммуноглобулинов в пределах одного изотипа строго идентичны (независимо от специфичности АТ по Аг). Они обеспечивают взаимодействие комплексов Аг-АТ с системой комплемента, фагоцитами, эозинофилами, базофилами, тучными клетками. При этом каждый класс иммуноглобулинов взаимодействует только с определёнными «исполнителями» элиминации Аг.

•  Тяжёлые цепи определяют различия между классами Ig, поэтому разные типы тяжёлых цепей обозначают греческими буквами соответственно латинской аббревиатуре класса: для IgM - μ, для IgG - γ, для IgA - α, для IgE - ε, для IgD - δ. Каждая из H- цепей молекул IgG, IgD и IgA состоит из 4 доменов (см. рис. 5.2): вариабельного - VH и константных (CH1, CH2, CH3). H-цепи молекул IgM и IgE содержат дополнительный домен - СН4.

•  Лёгкие цепи примыкают к N-концу тяжёлых цепей. Каждая L-цепь состоит из двух доменов - VL и CL. Известно два типа лёгких цепей Ig - κ (каппа) и λ (лямбда). Функциональные различия между Ig с лёгкими κ- или λ-цепями не выявлены.

•  Домены. Вторичная структура полипептидных цепей представлена доменами (см. рис. 5.1), каждый из которых включает около 110 остатков АК.

 V-домены обеих цепей имеют сильно варьирующий АК-состав (отсюда и их обозначение - Variable), что позволяет им связывать разные Аг.

- Гипервариабельные участки. Внутри V-доменов выделяют несколько (3-4) гипервариабельных участков: HV1, HV2, HV3, HV4 (HV - от Hypervariable). Другое обозначение - CDR (Complementarity Determining Regions), т.е. области молекулы Ig, определяющие её комплементарность Аг.

- Каркасные области. Промежутки между гипервариабельными участками HV или CDR обозначают как FR (Framework Regions), т.е. каркасные области. Их также 4: FR1, FR2, FR3 и FR4. Помимо чисто «скелетной», им случается выполнять и другие функции, отличные от связывания с Аг: FR-участки V-области молекул Ig могут обладать ферментативной (протеазной и нуклеазной) активностью, связывать ионы металлов и суперантигены.

 C-домены. Остальные домены имеют строго инвариантный для каждого изотипа иммуноглобулинов АК-состав и называются C-доменами (от Constant).

- В C-доменах и в FR-участках V-доменов содержатся одинаковые АК-последовательности, что рассматривают как молекулярное свидетельство генетической общности. - Гомологичные последовательности АК присутствуют (помимо Ig) и в молекулах других белков, которые объединяют с Ig в одно молекулярное надсемейство - надсемейство иммуноглобулинов (см. выше и рис. 5.1). Большое количество возможных комбинаций L- и H-цепей со- здаёт многообразие АТ каждого индивидуума.

•  Формы иммуноглобулинов. Молекулы Ig одной и той же специфичности по Аг присутствуют в организме в 3 формах: растворимой, трансмембранной и связанной.

•  Растворимая. В крови и других биологических жидкостях (секретируемый клеткой Ig).

•  Трансмембранная. На мембране В-лимфоцита в составе Рц В- лимфоцитов для Аг - BCR (B-Cell Receptor). Трансмембранные формы всех классов Ig (включая IgM и IgA) - мономеры.

•  Связанная, т.е. в связи с клетками (макрофагами, нейтрофилами, эозинофилами), но не в трансмембранном варианте, а связанные FCR клетки за Fc-конец. Все АТ, кроме IgE, могут фиксироваться FcR клеток только в комплексе с Аг.

Связывание антигена

Гипервариабельные участки V-области АТ (как и TCR) непосредственно и комплементарно связывают Аг с помощью ионных, ван-дер-ваальсовых, водородных и гидрофобных взаимодействий (сил, связей).

•  Эпитоп (антигенная детерминанта - см. выше) - участок молекулы Аг, который непосредственно вступает в ионные, водородные, ван-дер-ваальсовы и гидрофобные связи с активным центром Fab-фрагмента.

•  Сродство между Аг и АТ количественно характеризуют понятиями «аффинность» и «авидность».

•  Аффинность. Силу химической связи одного антигенного эпитопа с одним из активных центров молекулы Ig называют аффинностью связи АТ с Аг. Аффинность количественно принято оценивать по константе диссоциации (в моль-1) одного антигенного эпитопа

с одним активным центром.

Так как у цельных молекул мономерных Ig имеется по два потенциально равнодееспособных симметрично расположенных активных центра для связывания Аг, у димерного IgA - 4, а у пентамерного IgM - 10, скорость диссоциации цельной молекулы Ig со всеми связанными эпитопами меньше, чем скорость диссоциации одного из активных центров.

 Авидность. Силу связи цельной молекулы АТ со всеми антигенными эпитопами, которые ей удалось связать, называют авидностью связи АТ с Аг.

YAmedik.org