Т-клеточный рецептор. Гены, кодирующие т-клеточные рецепторы Строение т клеточного рецептора
Организация генов, кодирующих а- и (3-цепи ТКР, в основном гомологична той, которая известна для легких и тяжелых цепей иммуноглобулинов. V-домен a-цепи, подобно легкой цепи иммуноглобулинов, контролируется только V- и J-генными сегментами. В то же время образование V-домена (3-цепи, как и тяжелой цепи иммуноглобулинов, обеспечено полным набором V-, D-, J- генных сегментов (рис. 3.14).
В геноме Т-клеток имеется более 100 V-генов для а-цепи
ТКР, что в два с половиной раза меньше того количества, которое известно для легких цепей иммуноглобулинов. Каждый такой ген включает два экзона - один для лидерной (L) последовательности, отсутствующей у зрелой a-цепи, но представленной у этой цепи в момент ее транспорта из эндоплазматического ретикулума к клеточной поверхности, и второй - для кодирования собственно V-домена ТКР. J-Генных сегментов для a-цепи значительно больше, чем для легкой цепи иммуноглобулинов (50 против 4). Константная область a-цепи контролируется С-геном, включающим отдельные экзоны для С-домена, шарнира и один общий экзон - для трансмембранной и хвостовой частей молекулы.
Количество V-генов для (3-цепи равно 30. Кроме того, имеется два кластера DJC. Каждый кластер включает один D- и шесть J-генных сегментов. Функциональные различия между кластерами неизвестны. С-ген для константной области |3-цепи включает четыре экзона для константного, шарнирного, трансмембранного и хвостового участков полипептида.
Процессы рекомбинации, транскрипции, сплайсинга и трансляции генетического материала для а- и (3-цепей при образовании ТКР в Т-клетках аналогичны тем, которые обеспечивают синтез иммуноглобулинов в В-клетках.
Так же как в случае с иммуноглобулинами и иммуноглобулиновыми рецепторами, вариабельность ТКР зависит от случайного взаимодействия генных сегментов в процессе рекомбинации генетического материала, кодирующего V-домены: VJ - для и- цепей и VDJ -для (3-цепей. Расчет вариабельности V-доменов ТКР, который проводится так же, как и для иммуноглобулинов (см. гл.
- , показывает крайне высокий уровень разнообразия этих анти-
На первом этапе работы от мышей, иммунизированных опеределенным антигеном (АГ), получали суммарную, недифференцированную популяцию Т-кле- ток, содержащую самые различные клоны (на рис. цифры 1 -6). Второй этап состоял в выделении отдельных клонов Т-клеток, среди которых были и специфичные к использованному антигену (на рис. в качестве примера приведено четыре клона, один из которых - клон 3, - специфически реагирует с антигеном). Третий этап работы включал получение моноклональных антител (мАТ) к антигенреактивно- му клону. Задача этого этапа - получение моноклональных антител, способных реагировать только с клоном, использованным для иммунизации. В то же время перекрестная реакция мАТ говорит об общей специфике антигенреактивного клона и непримированных клонов (верхняя таблица). Отсутствие перекрестной реактивности мАТ указывает на наличие у положительно реагирующего примирован- ного клона особой специфичности - предположительно, антигенраспознающего рецептора. Подтверждением подобного предположения является реакция задержки взаимодействия мАТ с соответствующим клоном в присутствии использованного антигена (нижняя таблица). Получение мАТ к антигенраспознающему рецептору Т-клеток создало условия для его полноценного изучения
Рис. 3.13. Структура янтнгецрвсооamp;яощсго рецсширя Т-влето*.
Т-клеточный антигенраспознающий рецептор (ТКР) представляет собой гетеродимер, составленный из а- и p-цепей. Каждая цепь включает два домена: вариабельный (V) и константный (С). Взаимодействующие Va- и Ур домены формируют антигенраспознающий участок ТКР. Помимо основных V- и С-доменов в структуре ТКР имеется шарнирная область с цистеиновым остатком, образующим ковалентную связь между а- и p-цепями, а также трансмембранный и короткий хвостовой участки
генраспознающих структур (табл. 3.2). При общем сходстве организации и рекомбинации генетического материала для иммуноглобулинов и ТКР следует отметить и некоторые особенности в контроле специфичности этих молекул.
Иммуноглобулины и иммуноглобулиновые рецепторы 6-клеток распознают нативные антигенные эпитопы. В связи с этим отдельные участки антигенраспознающего центра имеют равные шансы на изменчивость. Ситуация с ТКР несколько иная, поскольку этот рецептор распознает комплекс антигенного пептида с молекулами МНС.
Разнообразие ТКР связано в значительной степени с третьей петлей V-домен а, формируемой третьим гипервариабельным участком - CDR3 (сокр. от англ, “complementarity determining region”). При образовании антигенсвязывающего центра V-доме- нами а- и 0-цепей CDR3 оказываются во внутренней части этого центра. Первая и вторая петли (CDR1 и CDR2, соответственно) занимают периферию центра. В таком конформационном построе
на
Рис. 3.14. Ортшнзацп геоон, контролирующих а- и р-цеш Т-исшюго рецытгоц.
Принцип реорганизации генных сегментов, контролирующих а- и р-цспи ТКР, таг же, что и для иммуноглобулинов. Отличие состоит в том, что локус для (3-цепи имеет два идентичных кластера. В чем функциональное значение такого дублирования, неизвестно
Таблица 3.2
Вариабельность Т-клеточных рецепторов в сравнении с
иммуноглобулиновыми рецепторами и иммуноглобулинами
нии имеется вполне определенный биологический смысл, связанный с адаптацией ТКР к той форме антигена, с которой он взаимодействует. Как уже отмечалось, антигенные пептиды заполняют пространство (щель), образованное а-спиральными структурами молекул МНС и таким образом оказываются в середине антигенного комплекса пептидгМНС. Подобный комплекс характеризуется огромным множеством антигенных специфичностей, связанных с пептидами, и ограниченным разнообразием, свойственным молекулам МНС. В связи с подобной организацией иммуногенного комплекса следует ожидать повышенную изменчивость CDR3 и меньшую изменчивость CDR1 и CDR2. Изучение генетической организации генов для ТКР подтверждает подобную точку зрения. Так, ТКР имеет значительно меньшее по сравнению с иммуноглобулинами количество V-генов, определяющих специфичность CDR1 и CDR2, но, при этом увеличенное число J-сегментов, принимающих участие в кодировании CDR3 (см. табл. 3.2). На рис. 3.15 представлена упрощенная схема, иллюстрирующая взаимодействие СОЮ с пептидом и CDR1 и CDR2 - с а-спиральной последовательностью молекул МНС.
Основная задача T-лимфоцитов - распознавание чужеродных или изменённых собственных антигенов в составе комплекса с молекулами MHC. Если на поверхности своих клеток будут представлены чужеродные или изменённые свои молекулы, T-лимфоцит запускает их уничтожение.
В отличие от B-лимфоцитов, T-лимфоциты не продуцируют растворимых форм антигенраспознающих молекул. Более того, большинство T-лимфоцитов не способны распознавать и связывать растворимые антигены.
Для того чтобы T-лимфоцит «обратил на антиген своё внимание», другие клетки должны каким-то образом «пропустить» антиген через себя и выставить его на своей мембране в комплексе с MHC-I или MHC-II. Это и есть феномен презентации антигена T-лимфоциту. Распознавание такого комплекса T-лимфоцитом - двойное распознавание, или MHC-рестрикция T-лимфоцитов.
АНТИГЕНРАСПОЗНАЮЩИЙ РЕЦЕПТОР T-ЛИМФОЦИТОВ
Антигенраспознающие рецепторы T-клеток - TCR состоят из цепей, принадлежащих к суперсемейству иммуноглобулинов (см. рис. 5-1). Выступающий над поверхностью клетки антигенраспознающий участок TCR - гетеродимер, т.е. состоит из двух разных полипептидных цепей. Известны два варианта TCR, обозначаемые как αβTCR и γδTCR. Эти варианты различаются составом полипептидных цепей антигенраспознающего участка. Каждый T-лимфоцит экспрессирует только 1 вариант рецептора. αβT-клетки были открыты раньше и изучены подробнее, чем γδT-лимфоциты. В связи с этим строение антигенраспознающего рецептора T-лимфоцитов удобнее описывать на примере αβTCR. Трансмембранно расположенный комплекс TCR состоит из 8 полипептидных
Рис. 6-1. Схема Т-клеточного рецептора и связанных с ним молекул
цепей (гетеродимера α- и β-цепей собственно TCR, двух вспомогательных цепей ζ, а также по одному гетеродимеру ε/δ- и ε/ γ-цепей молекулы СD3) (рис. 6-1).
. Трансмембранные цепи α и β TCR. Это 2 примерно одинаковые по размеру полипептидные цепи - α (молекулярная масса 40-60 кДа, кислый гликопротеин) и β (молекулярная масса 40-50 кДа, нейтральный или основный гликопротеин). Каждая из этих цепей содержит по 2 гликозилированных домена во внеклеточной части рецептора, гидрофобную (положительно заряженную за счёт остатков лизина и аргинина) трансмембранную часть и короткий (из 5-12 остатков аминокислот) цитоплазматический участок. Внеклеточные части обеих цепей соединены одной дисульфидной связью.
- V-область. Наружные внеклеточные (дистальные) домены обеих цепей имеют вариабельный аминокислотный состав. Они гомологичны V-области молекул иммуноглобулинов и составляют V-область TCR. Именно V-области α- и β-цепей вступают в связь с комплексом MHC-пептид.
-C-область. Проксимальные домены обеих цепей гомологичны константным областям иммуноглобулинов; это C-области TCR.
Короткий цитоплазматический участок (как α-, так и β-цепи) не может самостоятельно обеспечить проведение сигнала внутрь клетки. Для этого служат 6 дополнительных полипептидных цепей: γ, δ, 2ε и 2ζ.
.Комплекс CD3. Цепи γ, δ, ε между собой образуют гетеродимеры γε и δε (вместе их называют комплекс CD3). Этот комплекс необходим для экспрессии α- и β-цепей, их стабилизации и проведения сигнала внутрь клетки. Этот комплекс состоит из внеклеточной, трансмембранной (отрицательно заряженной и потому электростатически связанной с трансмембранными участками α- и β-цепей) и цитоплазматической частей. Важно не путать цепи CD3-комплекса с γδ-цепями димера TCR.
.ζ-Цепи соединены между собой дисульфидным мостиком. Большая часть этих цепей расположена в цитоплазме. ζ-Цепи осуществляют проведение сигнала внутрь клетки.
.ITAM-последовательности. Цитоплазматические участки полипептидных цепей γ, δ, ε и ζ содержат 10 последовательностей ITAM (1 последовательность в каждой γ-, ε- и δ-цепях и 3 - в каждой ζ-цепи), взаимодействующих с Fyn - тирозинкиназой цитозоля, активация которой инициирует начало биохимических реакций по проведению сигнала (см. рис. 6-1).
В связывании антигена участвуют ионные, водородные, ван-дерваальсовы и гидрофобные силы; конформация рецептора при этом существенно изменяется. Теоретически каждый TCR способен связывать порядка 10 5 разных антигенов, причём не только родственных по строению (перекрёстно реагирующих), но и не гомологичных по структуре. Однако в реальности полиспецифичность TCR ограничивается распознаванием всего лишь нескольких структурно схожих антигенных пептидов. Структурной основой этого феномена является особенность одновременного распознавания TCR комплекса «МНС-пептид».
Корецепторные молекулы CD4 и CD8
Помимо самого TCR каждый зрелый T-лимфоцит экспрессирует одну из так называемых корецепторных молекул - CD4 или CD8, которые также взаимодействуют с молекулами MHC на АПК или клеткахмишенях. Каждая из них имеет цитоплазматический участок, связанный
с тирозинкиназой Lck, и, вероятно, вносит свой вклад в проведение сигнала внутрь клетки при распознавании антигена.
.CD4 (β2-доменом) молекулы MHC-II (принадлежит к суперсемейству иммуноглобулинов, см. рис. 5-1, б). CD4 имеет молекулярную массу 55 кДа и 4 домена во внеклеточной части. При активации T-лимфоцита одну молекулу TCR «обслуживают» 2 молекулы CD4: вероятно, происходит димеризация молекул CD4.
.CD8 связывается с инвариантной частью (αЗ-доменом) молекулы MHC-I (принадлежит к суперсемейству иммуноглобулинов, см. рис. 5-1, а). CD8 - гетеродимер цепей α и β , соединённых дисульфидной связью. В некоторых случаях обнаруживают гомодимер из двух α-цепей, который также может взаимодействовать с MHC-I. Во внеклеточной части каждая из цепей имеет по одному иммуноглобулиноподобному домену.
Гены T-клеточного рецептора
Гены α-, β-, γ- и δ-цепей (рис. 6-2, также см. рис. 5-4) гомологичны генам иммуноглобулинов и претерпевают при дифференцировке T-лимфоцитов рекомбинацию ДНК, что теоретически обеспечивает генерацию порядка 10 16 -10 18 вариантов антигенсвязывающих рецепторов (реально это разнообразие ограничено числом лимфоцитов в организме до 10 9).
.Гены α-цепи имеют ~54 V-сегмента, 61 J- и 1 C-сегмент.
.Гены β-цепи содержат ~65 V-сегментов, 2 D-сегмента, 13 J-сегментов и 2 C-сегмента.
.Гены δ-цепи. Между V- и J-сегментами α-цепи расположены гены D-(3), J-(4) и C-(1) сегментов δ-цепи γδTCR. V-сегменты δ-цепи «вкраплены» среди V-сегментов α-цепи.
.Гены γ-цепи γδTCR имеют 2 C-сегмента, 3 J-сегмента перед первым C-сегментом и 2 J-сегмента перед вторым C-сегментом, 15 V-сегментов.
Перестройка генов
.Рекомбинация ДНК происходит при объединении V-, D- и J-сегментов и катализируется тем же комплексом рекомбиназ, что и при дифференцировке B-лимфоцитов.
.После перестройки VJ в генах α-цепи и VDJ в генах β-цепи, а также после присоединения некодируемых N- и P-нуклеотидов с ДНК
Рис. 6-2. Гены α- и β-цепей антигенраспознающего рецептора T-лимфоцитов человека
транскрибируется РНК. Объединение с C-сегментом и удаление лишних (неиспользуемых) J-сегментов происходит при сплайсинге первичного транскрипта.
. Гены α-цепи могут перестраиваться неоднократно при уже правильно перестроенных и экспрессированных генах β-цепи. Именно поэтому есть некоторая вероятность того, что одна клетка может нести более одного варианта TCR.
. Соматическому гипермутагенезу гены TCR не подвергаются.
ПРОВЕДЕНИЕ СИГНАЛА С АНТИГЕНРАСПОЗНАЮЩИХ РЕЦЕПТОРОВ ЛИМФОЦИТОВ
TCR и BCR имеют ряд общих закономерностей регистрации и проведения в клетку активационных сигналов (см. рис. 5-11).
. Кластеризация рецепторов. Для активации лимфоцита необходима кластеризация антигенраспознающих рецепторов и корецепторов, т.е. «сшивка» нескольких рецепторов одним антигеном.
. Тирозинкиназы. В проведении сигнала играют значительную роль процессы фосфорилирования/дефосфорилирования белков по остатку тирозина под действием тирозинкиназ и тирозинфосфатаз,
ведущие к активации или инактивации этих белков. Эти процессы легко обратимы и «удобны» для быстрых и гибких реакций клетки на внешние сигналы.
. Киназы Src. Богатые тирозином ITAM-последовательности цитоплазматических участков иммунорецепторов подвергаются фосфорилированию под действием нерецепторных (цитоплазматических) тирозинкиназ семейства Src (Fyn, Blk, Lyn в B-лимфоцитах, Lck и Fyn - в T-лимфоцитах).
. Киназы ZAP-70 (в T-лимфоцитах) или Syk (в B-лимфоцитах), связываясь с фосфорилированными ITAM-последовательностями, активируются и начинают фосфорилировать адапторные белки: LAT (Linker for Activation of T cells) (киназой ZAP-70), SLP-76 (киназой ZAP-70) или SLP-65 (киназой Syk).
. Адапторные белки рекрутируют фосфоинозитид-3-киназу (PI3K). Эта киназа в свою очередь активирует серин/треониновую протеинкиназу Akt, вызывая усиление белкового биосинтеза, что способствует ускоренному росту клеток.
. Фосфолипаза C γ(см. рис. 4-8). Киназы семейства Tec (Btk - в B-лимфоцитах, Itk - в T-лимфоцитах) связывают адапторные белки и активируют фосфолипазу Cγ(PLCγ).
PLCγрасщепляет фосфатидилинозитдифосфат (PIP 2) клеточной мембраны на инозит-1,4,5-трифосфат (IP 3) и диацилглицерин
(DAG).
DAG остаётся в мембране и активирует протеинкиназу С (PKC) - серин/треониновую киназу, которая активирует эволюционно «древний» фактор транскрипции NFκB.
IP 3 связывается со своим рецептором в эндоплазматическом ретикулуме и высвобождает ионы кальция из депо в цитозоль.
Свободный кальций активирует кальцийсвязывающие белки - кальмодулин, регулирующий активность ряда других белков, и кальциневрин, дефосфорилирующий и тем самым активирующий ядерный фактор активированных T-лимфоцитов NFAT (Nuclear Factor of Activated T cells).
. Ras и другие малые G-белки в неактивном состоянии связаны с ГДФ, но адапторные белки заменяют последний на ГТФ, чем переводят Ras в активное состояние.
Ras обладает собственной ГТФазной активностью и быстро отщепляет третий фосфат, чем возвращает себя в неактивное состояние (самоинактивируется).
В состоянии кратковременной активации Ras успевает активировать очередной каскад киназ, называемых MAPK (MitogenActivated Protein Kinase), которые в итоге активируют фактор транскрипции AP-1 в ядре клетки. На рис. 6-3 схематично представлены основные пути передачи сигналов с TCR. Активационный сигнал включается при связывании TCR с лигандом (комплексом молекула МНС-пептид) при участии корецептора (CD4 или CD8) и костимулирующей молекулы CD28. Это приводит к активации киназ Fyn и Lck. Красным цветом отмечены участки ITAM в цитоплазматических частях полипептидных цепей CD3. Отражена роль Src-киназ, связанных с рецептором, в фосфорилировании белков: как рецепторных, так и сигнальных. Обращает на себя внимание чрезвычайно широкий спектр эффектов киназы Lck, связанной с корецепторами; роль киназы Fyn установлена с меньшей определённостью (отражено в прерывистом характере линий).
Рис. 6-3. Источники и направление пусковых активационных сигналов при стимуляции Т-лимфоцитов. Обозначения: ZAP-70 (ζ-associated proteinkinase, мол. масса 70 кДа) - протеинкиназа р70, связанная с ζ-цепью; PLCγ (Phospholipase С γ) - фосфолипаза С, изоформа γ; PI3K (Phosphatidyl Inositol 3-kinase) - фосфатидилинозитол 3-киназа; Lck, Fyn -тирозинкиназы; LAT, Grb, SLP, GADD, Vav - адапторные белки
Ключевую роль в посредничестве между рецепторными киназами и адапторными молекулами и ферментами играет тирозинкиназа ZAP-70. Она активирует (через фосфорилирование) адапторные молекулы SLP-76 и LAT, а последняя передаёт активационный сигнал другим адапторным белкам GADD, GRB и активирует у-изоформу фосфолипазы С (PLCy). До этого этапа в передачу сигнала вовлекаются исключительно факторы, связанные с клеточной мембраной. Важный вклад во включение сигнальных путей вносит костимулирующая молекула CD28, реализующая своё действие через связанную с ней липидную киназу PI3K (Phosphatidyl Inositol 3-kinase). Основной мишенью киназы PI3K служит фактор Vav, связанный с цитоскелетом.
В результате формирования сигнала и передачи его от рецептора Т-клетки к ядру образуются 3 транскрипционных фактора - NFAT, AP-1 и NF-kB, индуцирующие экспрессию генов, контролирующих процесс активации Т-лимфоцитов (рис. 6-4). К образованию NFAT приводит сигнальный путь, не зависящий от костимуляции, который включается благодаря активации фосфолипазы С и реализуется с участием ионов
Рис. 6-4. Схема сигнальных путей при активации Т-клеток. NFAT (Nuclear factor of activated T cells), AP-1 (Activation protein-1), NF-κB (Nuclear factor of к -gene of B cells) - факторы транскрипции
Са 2+ . Этот путь вызывает активацию кальциневрина, который, обладая активностью фосфатазы, дефосфорилирует цитозольный фактор NFAT-Р. Благодаря этому NFAT-Р приобретает способность мигрировать в ядро и связываться с промоторами активационных генов. Фактор АР-1 формируется как гетеродимер из белков с-Fos и с-Jun, образование которых индуцируется благодаря активации соответствующих генов под влиянием факторов, образующихся в результате реализации трёх компонентов МАР-каскада. Эти пути включаются при участии коротких ГТФ-связывающих белков Ras и Rac. Значительный вклад в реализацию МАР-каскада вносят сигналы, зависящие от костимуляции через молекулу CD28. Третий транскрипционный фактор, NF-kB, известен как основной транскрипционный фактор клеток врождённого иммунитета. Он активируется в результате расщепления блокирующей субъединицы IkB киназой IKK, которая в Т-клетках активируется в ходе передачи сигнала, зависимого от изоформы ϴ протеинкиназы С (PKC9). Основной вклад во включение этого сигнального пути вносят костимулирующие сигналы от CD28. Сформировавшиеся транскрипционные факторы, связавшись с промоторными участками генов, индуцируют их экспрессию. Для начальных этапов реакции Т-клеток на стимуляцию особенно важна экспрессия генов IL2 и IL2R, что обусловливает выработку ростового фактора Т-клеток ИЛ-2 и экспрессию его высокоаффинного рецептора на Т-лимфоцитах. В результате ИЛ-2 выступает как аутокринный ростовой фактор, обусловливающий пролиферативную экспансию Т-клеток клонов, вовлечённых в реакцию на антиген.
ДИФФЕРЕНЦИРОВКА T-ЛИМФОЦИТОВ
В основе выделения этапов развития Т-лимфоцитов лежит состояние рецепторных V-генов и экспрессии TCR, а также корецепторов и других мембранных молекул. Схема дифференцировки Т-лимфоцитов (рис. 6-5) аналогична приведённой выше схеме развития В-лимфоцитов (см. рис. 5-13). Приведены ключевые характеристики фенотипа и ростовых факторов развивающихся Т-клеток. Принятые обозначения стадий развития Т-клеток определяются экспрессией корецепторов: DN (от Double-Negative, CD4CD8) - двойные отрицательные, DP (от Double-Positive, CD4 + CD8 +) - двойные положительные, SP (от Single-Positive, CD4 + CD8 - и CD4CD8 +) - одинарно положительные. Деление DNтимоцитов на стадии DN1, DN2, DN3 и DN4 основывается на характере
Рис. 6-5. Развитие Т-лимфоцитов
экспрессии молекул CD44 и CD25. Другие условные обозначения: SCF (от Stem Cell Factor) - фактор стволовых клеток, lo (low; метка индекса) - низкий уровень экспрессии. Стадии реаранжировки: D-J - предварительный этап, соединение сегментов D и J (только в генах β- и δ-цепей TCR, см. рис. 6-2), V-DJ - завершающий этап, соединение зародышевого V-гена с объединённым сегментом DJ.
.Тимоциты дифференцируются из общей клетки-предшественника, которая ещё вне тимуса экспрессирует такие мембранные маркёры, как CD7, CD2, CD34 и цитоплазматическую форму CD3.
.Коммитированные к дифференцировке в T-лимфоциты клеткипредшественники мигрируют из костного мозга в субкапсулярную зону коры тимуса, где примерно в течение одной недели медленно пролиферируют. На тимоцитах появляются новые мембранные молекулы CD44 и CD25.
.Затем клетки перемещаются вглубь коры тимуса, молекулы CD44 и CD25 исчезают с их мембраны. В этой стадии начинается перестройка генов β -, γ- и δ-цепей TCR. Если гены γ- и δ-цепей успевают продуктивно, т.е. без сдвига рамки считывания, перестроиться раньше, чем гены β-цепи, то лимфоцит дифференцируется далее как γδT. В противном случае происходит экспрессия β-цепи на мембране в комплексе с pT α (инвариантной суррогатной цепью, заменяющей на этом этапе настоящую α-цепь) и CD3. Это служит
сигналом к прекращению перестройки генов γ- и δ-цепей. Клетки начинают пролиферировать и экспрессировать одновременно CD4 и CD8 - дважды позитивные тимоциты. При этом накапливается масса клеток с уже готовой β-цепью, но с ещё не перестроенными генами α-цепи, что вносит свой вклад в разнообразие αβ-гетеродимеров.
.На следующем этапе клетки перестают делиться и начинают перестраивать Vα-гены, причём несколько раз в течение 3-4 сут. Перестройка генов α-цепи приводит к необратимой делеции δ-локуса, расположенного между сегментами генов α-цепи.
.Происходят экспрессия TCR с каждым новым вариантом α-цепи и отбор (селекция) тимоцитов по силе связывания с комплексом MHC-пептид на мембранах эпителиальных клеток тимуса.
Позитивная селекция: погибают тимоциты, не связавшие ни одного из доступных комплексов MHC-пептид. В результате позитивной селекции в тимусе погибает около 90% тимоцитов.
Негативная селекция уничтожает клоны тимоцитов, связывающих комплексы MHC-пептид со слишком высокой аффинностью. Негативная селекция элиминирует от 10 до 70% клеток, прошедших позитивную селекцию.
Тимоциты, связавшие какой-либо из комплексов MHC-пептид с правильной, т.е. средней по силе, аффинностью, получают сигнал к выживанию и продолжают дифференцировку.
.На короткое время с мембраны тимоцитов исчезают обе корецепторные молекулы, а затем экспрессируется одна из них: тимоциты, распознавшие пептид в комплексе с MHC-I, экспрессируют корецептор CD8, а с MHC-II - корецептор CD4. Соответственно на периферию выходят (в соотношении около 2:1) T-лимфоциты двух типов: CD8 + и CD4 + , функции которых в предстоящих иммунных ответах различны.
-CD8 + T-клетки играют роль цитотоксических T-лимфоцитов (ЦТЛ) - они распознают и непосредственно убивают клетки, модифицированные вирусом, опухолевые и другие «изменённые» клетки (рис. 6-6).
-CD4 + T-клетки. Функциональная специализация CD4 + T-лимфоцитов более разнообразна. Значительная часть CD4 + T-лимфоцитов в процессе развития иммунного ответа становится T-хелперами (помощниками), взаимодействующими с В-лимфоцитами, Т-лимфоцитами и другими клетками при
Рис. 6-6. Механизм воздействия цитотоксического T-лимфоцита на клеткумишень. В Т-киллере в ответ на увеличение концентрации Са 2+ гранулы с перфорином (фиолетовые овалы) и гранзимами (жёлтые кружочки) сливаются с клеточной мембраной. Освободившийся перфорин встраивается в мембрану клетки-мишени с последующим образованием пор, проницаемых для гранзимов, воды и ионов. В результате клетка-мишень лизируется
прямом контакте или через растворимые факторы (цитокины). В определённых случаях из них могут развиться CD4 + ЦТЛ: в частности, такие T-лимфоциты обнаружены в значительных количествах в коже больных с синдромом Лайелла.
Субпопуляции T-хелперов
С конца 80-х годов XX века было принято выделять 2 субпопуляции T-хелперов (в зависимости от того, какой набор цитокинов они продуцируют) - Th1 и Th2. В последние годы спектр субпопуляций CD4 + Т-клеток продолжает расширяться. Обнаружены такие субпопуляции, как: Th17, T-регуляторы, Tr1, Th3, Tfh и др.
Основные субпопуляции CD4 + Т-клеток:
. Th0 - CD4 + Т-лимфоциты на ранних стадиях развития иммунного ответа, они продуцируют только ИЛ-2 (митоген для всех лимфоцитов).
.Th1 - дифференцированная субпопуляция CD4 + Т-лимфоцитов, специализирующаяся на продукции ИФН γ, ФНО β и ИЛ-2. Эта субпопуляция осуществляет регуляцию многих реакций клеточного иммунитета, включая гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ) и активацию ЦТЛ. Кроме того, Th1 стимулируют продукцию В-лимфоцитами опсонизирующих антител класса IgG, запускающих каскад активации комплемента. Развитие избыточного воспаления с последующим повреждением тканей напрямую связано с активностью Th1-субпопуляции.
.Th2 - дифференцированная субпопуляция CD4 + Т-лимфоцитов, специализирующаяся на выработке ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-10 и ИЛ-13. Эта субпопуляция участвует в активации В-лимфоцитов и способствует секреции ими больших количеств антител разных классов, особенно IgE. Кроме того, Th2-субпопуляция участвует в активации эозинофилов и развитии аллергических реакций.
.Th17 - субпопуляция CD4 + Т-лимфоцитов, специализирующаяся на образовании ИЛ-17. Эти клетки осуществляют противогрибковую и антимикробную защиту эпителиальных и слизистых барьеров, а также играют ключевую роль в патологии аутоиммунных заболеваний.
.Т-регуляторы - CD4 + Т-лимфоциты, подавляющие активность других клеток иммунной системы посредством секреции иммуносупрессорных цитокинов - ИЛ-10 (ингибитора активности макрофагов и Th1-клеток) и ТФРβ - ингибитора пролиферации лимфоцитов. Ингибиторный эффект может также достигаться при непосредственном межклеточном взаимодействии, поскольку на мембране некоторых Т-регуляторов экспрессированы индукторы апоптоза активированных и «отработавших» лимфоцитов - FasL (Fas-лиганд). Существует несколько популяций CD4 + регуляторных Т-лимфоцитов: естественные (Treg), созревающие в тимусе (CD4 + CD25 + , экспрессируют фактор транскрипции Foxp3), и индуцированные - локализованные преимущественно в слизистых оболочках пищеварительного тракта и переключившиеся на образование ТФРβ (Th3) или ИЛ-10 (Tr1). Нормальное функционирование Т-регуляторов необходимо для поддержания гомеостаза иммунной системы и предотвращения развития аутоиммунных заболеваний.
.Дополнительные хелперные популяции. В последнее время появляется описание всё новых популяций CD4 + Т-лимфоцитов, клас-
сифицированных по типу преимущественно продуцируемого ими цитокина. Так, как оказалось, одной из важнейших популяций являются Tfh (от англ. follicular helper - фолликулярный хелпер). Эта популяция CD4 + Т-лимфоцитов преимущественно расположена в лимфоидных фолликулах и осуществляет хелперную функцию для В-лимфоцитов посредством продукции ИЛ-21, вызывая их созревание и терминальную дифференцировку в плазматические клетки. Кроме ИЛ-21 Tfh могут также продуцировать ИЛ-6 и ИЛ-10, необходимые для дифференцировки В-лимфоцитов. Нарушение функций этой популяции приводит к развитию аутоиммунных заболеваний или иммунодефицитов. Другой «новоявленной» популяцией являются Th9 - продуценты ИЛ-9. По-видимому, это Th2, переключившиеся на секрецию ИЛ-9, способного вызывать пролиферацию Т-хелперных клеток при отсутствии антигенной стимуляции, а также усиливать секрецию В-лимфоцитами IgM, IgG и IgE.
Основные субпопуляции Т-хелперов представлены на рис. 6-7. На рисунке суммированы современные представления об адаптивных субпопуляциях CD4 + Т-клеток, т.е. субпопуляций, формирующих-
Рис. 6-7. Адаптивные субпопуляции CD4 + Т-клеток (цитокины, дифференцировочные факторы, хемокиновые рецепторы)
ся при иммунном ответе, а не в ходе естественного развития клеток. Для всех разновидностей Т-хелперов указаны цитокины-индукторы (на стрелках, ведущих к кружкам, символизирующим клетки), транскрипционные факторы (внутри кружков), хемокиновые рецепторы, направляющие миграцию (около линий, отходящих от «поверхности клетки»), и продуцируемые цитокины (в прямоугольниках, на которые направлены стрелки, отходящие от кружков).
Расширение семейства адаптивных субпопуляций CD4 + Т-клеток потребовало решения вопроса о природе клеток, с которыми взаимодействуют эти субпопуляции (кому они оказывают «помощь» в соответствии со своей функцией хелперов). Эти представления отражены на рис. 6-8. Здесь же представлен уточнённый взгляд на функции этих субпопуляций (участие в защите от определённых групп патогенов), а также о патологических последствиях несбалансированного усиления активности этих клеток.
Рис. 6-8. Адаптивные субпопуляции Т-клеток (клетки-партнёры, физиологические и патологические эффекты)
γ δT-лимфоциты
Подавляющее большинство (99%) T-лимфоцитов, проходящих лимфопоэз в тимусе, составляют αβT-клетки; менее 1% - γδT-клетки. Последние в большинстве дифференцируются вне тимуса, в первую очередь в слизистых оболочках пищеварительного тракта. В коже, лёгких, пищеварительном и репродуктивном трактах они являются доминирующей субпопуляцией внутриэпителиальных лимфоцитов. Среди всех T-лимфоцитов организма γδT-клетки составляют от 10 до 50%. В эмбриогенезе γδT-клетки появляются раньше αβT-клеток.
.γδT-клетки не экспрессируют CD4. Молекула CD8 экспрессирована на части γδT-клеток, но не в виде ap-гетеродимера, как на CD8 + apT-клетках, а в виде гомодимера из двух a-цепей.
.Антигенраспознающие свойства: γδTCR в большей степени напоминают иммуноглобулины, чем αβTCR, т.е. способны связывать нативные антигены независимо от классических молекул MHC - для γδT-клеток не обязателен или вовсе не нужен предварительный процессинг антигена АПК.
.Разнообразие γδTCR меньше, чем αβTCR или иммуноглобулинов, хотя в целом γδT-клетки способны распознавать широкий спектр антигенов (в основном это фосфолипидные антигены микобактерий, углеводы, белки теплового шока).
.Функции γδT-клеток ещё до конца не изучены, хотя становится преобладающим мнение, что они служат одним из связующих компонентов между врождённым и приобретённым иммунитетом. γδT-клетки - один из первых барьеров на пути патогенов. Кроме того, эти клетки, секретируя цитокины, играют важную иммунорегуляторную роль и способны дифференцироваться в ЦТЛ.
NKT-лимфоциты
Естественные киллерные Т-клетки (NKT-клетки) представляют особую субпопуляцию лимфоцитов, занимающую промежуточное положение между клетками врождённого и адаптивного иммунитета. Эти клетки имеют черты как NK-, так и Т-лимфоцитов. NKT-клетки экспрессируют αβTCR и характерный для NK-клеток рецептор NK1.1, принадлежащий к суперсемье лектиновых гликопротеинов С-типа. Однако TCR-рецептор NKT-клеток имеет существенные отличия от TCR-рецептора обычных клеток. У мышей большинство NKTклеток экспрессирует инвариантный V-домен a-цепи, состоящий из
сегментов Vα14-Jα18, иногда обозначаемый как Jα281. У человека V-домен α-цепи состоит из сегментов Vα24-JαQ. У мышей α-цепь инвариантного TCR преимущественно комплексируется с Vβ8.2, у человека - с Vβ11. Из-за особенностей строения цепей TCR NKTклеток называют инвариантным - iTCR. Развитие NKT-клеток зависит от молекулы CD1d, которая имеет сходство с молекулами МНС-I. В отличие от классических молекул МНС-I, презентирующих Т-клеткам пептиды, CD1d презентирует Т-клеткам только гликолипиды. Хотя считается, что печень является местом развития NKT-клеток, имеются строгие доказательства роли тимуса в их развитии. NKT-клетки играют важную роль в регуляции иммунитета. У мышей и людей с различными аутоиммунными процессами функциональная активность NKT-клеток сильно нарушена. Полной картины значимости таких нарушений в патогенезе аутоиммунных процессов нет. При некоторых аутоиммунных процессах NKT-клетки могут играть супрессорную роль.
Помимо контроля аутоиммунных и аллергических реакций, NKTклетки участвуют в иммунном надзоре, вызывая при повышении функциональной активности отторжение опухолей. Велика их роль в противомикробной защите, особенно на ранних этапах развития инфекционного процесса. NKT-клетки вовлекаются в различные воспалительные инфекционные процессы, особенно при вирусных поражениях печени. В целом NKT-клетки - многофункциональная популяция лимфоцитов, несущая ещё много научных загадок.
На рис. 6-9 обобщены данные о дифференцировке Т-лимфоцитов на функциональные субпопуляции. Представлены несколько уровней бифуркации: γ δТ/ αβТ, далее для αβТ-клеток - NKT/ остальные Т-лимфоциты, для последних - CD4 + /CD8 + , для CD4 + Т-клеток - Th/Treg, для CD8 + Т-лимфоцитов - CD8αβ/CD8αα. Показаны также дифференцировочные транскрипционные факторы, ответственные за все линии развития.
Рис. 6-9. Естественные субпопуляции Т-лимфоцитов и их дифференцировочные факторы
2094 0
Организация генов человека, кодирующих α-, β-и δ-цепи Т-клеточного рецептора, показана на рис. 8.6. (В связи со сложностью организация γ-генов не показана.) Несколько свойств заслуживают особого внимания. Во-первых, α- и γ-цепи конструируются из V- и J-генных сегментов, подобно L-цепям lg, в то время как β- и δ-цепи конструируются из V-, D- и J-генных сегментов подобно Н-цепям lg. Во-вторых, локусы Р и у находятся на разных хромосомах, в то время как генные сегменты локусов α и δ располагаются на одной.
Рис. 8.6. Организация α-, β- и δ-генов человека, кодирующих Т-клеточный рецептор
Гены, кодирующие δ-цепь, ограничены с двух сторон (на 5"- и 3"-концах) генами, кодирующими α-цепь. В-третьих, в зародышевой линии имеется больше Vα- и Vβ-генов, чем Vγ- и Vδ-генов (5-10). Заметьте также, что имеется два Сβ-гена (Сβ1 и Сβ2), но эти гены и их продукты практически идентичны и какие-либо функциональные различия между ними неизвестны. Таким образом, их не нужно отождествлять с изотипами антител, у которых константные гены Н-цепи lg и их продукты значительно различаются.
Отдельные V-области TCR получили номера, например Vα2 и Vβ7. Интересно, что использование определенных V-областей TCR в некоторых случаях было связано с ответом на специфичные антигены, в особенности на суперантигены - ряд антигенов, активирующих все Т-клетки, экспрессирующие определенный Vβ в качестве компонента своего TCR. Для человека суперантигенами являются некоторые бактериальные токсины . Воздействие этих бактериальных продуктов на Т-клетки может вызывать множество реакций, которые часто имеют клинические последствия.
Положение с TCR-генами некоторым образом сходно с этим; β-, γ- и δ-гены TCR подчиняются правилу аллельного исключения, а α-гены - нет. Таким образом, некоторые Т-клетки, которые используют αβ в качестве своих TCR, имеют две разные α-цепи, экспрессируемые с одной β-цепью, и, следовательно, могут обладать двумя различными антигенными специфичностями. До 30 % αβ-Т-клеток человека и мыши экспрессируют две α-цепи, но их функциональная значимость до сих пор не ясна.
Разнообразие Т-клеточных рецепторов
Механизмы возникновения разных Т-клеточных рецепторов очень схожи с механизмами возникновения В-клеточных рецепторов. Основные принципы реаранжировки генов действуют при синтезе V- и С-областей каждой цепи Т-клеточного рецептора (α, β, γ и δ). Для соединения структур VJ или VDJ используются рекомбиназы и соединительные последовательности, обеспечивающие специфичность вариабильной области определенной полипептидной цепи TCR. В процессе рекомбинации в В- и Т-клетках участвуют одни и те же ферменты.В активации генов рекомбиназы на ранних стадиях дифференцировки как В-, так и Т-клеток главную роль играют два гена, называемые генами активации рекомбинации (RAG-1 и RAG-2). Таким образом, как и при возникновении различий между lg, различия TCR обусловлены: 1) наличием многочисленных V-генов в зародышевой линии; 2) случайной комбинацией цепей; 3) вариабильностью соединений и вставок. Однако существует одно важное отличие между возникновением различий у TCR и молекул lg, указанное ранее: в отличие от TCR lg после стимуляции антигеном претерпевают соматический гипермутагенез.
Репертуар различных TCR считается таким же или даже большим, чем репертуар молекул lg (по оценкам количество возможных различий в специфичности для αβ составляет 1015, а для γδ-TCR - 1018). Вариабельность соединений и вставок является важной составляющей в возникновении различных TCR. Именно благодаря ей образуется огромное количество различных последовательностей гипервариабельного участка TCR, известного как CDR3. (В отличие от этого CDR1- и CDR2-пocлeдoвaтeльнocти TCR не возникают при реаранжировке, а кодируются V-геном, который находится в зародышевой линии.)
Данные кристаллографии указывают, что CDR3 является участком связывающего центра αβ-TCR, который контактирует с аминокислотами в центре пептида, связанного с молекулой МНС (см. рис. 9.3 и 9.4). Таким образом, большое число различных CDR3-последовательностей обеспечивает высокую специфичность связывания TCR с пептидной частью комплекса пептид-МНС.
Дифференцировка Т-клеток в тимусе
Тимус является первичным лимфоидным органом для развития Т-клеток аналогично тому, как костный мозг является у млекопитающих первичным органом для дифференцировки В-клеток. Это подчеркивает абсолютную необходимость тимуса для дифференцировки незрелых клеток-предшественников в клетки с характеристиками Т-лимфоцитов. Нежелательные последствия отсутствия тимуса и, соответственно, отсутствия зрелых Т-клеток могут наблюдаться у детей, родившихся без тимуса (синдром Ди Джорджи), и у мышей с генетически запрограммированным отсутствием тимуса (известных как «голые» мыши, поскольку у них также отсутствует шерсть).Дифференцировка Т-клеток в тимусе происходит на протяжении всей жизни индивидуума, но значительно снижается после пубертатного периода. Размер самого тимуса у млекопитающих уменьшается с наступлением полового созревания (инвалюция тимуса) преимущественно вследствие синтеза в это время стероидных гормонов. У некоторых видов, особенно у мышей, популяция зрелых Т-клеток резко истощается, если тимус удалить вскоре после рождения. В действительности именно это наблюдение позволило выявить определяющую роль тимуса в Т-клеточных ответах. Удаление тимуса у животных в более позднее время имеет гораздо меньшее влияние на популяцию зрелых Т-клеток.
Дифференцировка Т-клеток в тимусе является сложным многоступенчатым процессом. В следующих подразделах и на рис. 8.7 мы отметим ряд основных фаз в последовательности дифференцировки.
Взаимодействие тимоцитов с тимическими нелимфоидными клетками
На рис. 8.7 показано, что на каждой стадии созревания в тимусе (от клетки-предшественника до зрелой Т-клетки) развивающиеся Т-лимфоциты (тимоциты) находятся в контакте и взаимодействуют с сетью, формируемой нелимфоидными (стромальными) клетками тимуса. Тимоциты перемещаются сквозь сеть нелимфоидных клеток от внешней зоны - коры тимуса - к внутренней - мозговому веществу тимуса.
Рис. 8.7. Пути развития Т-клеток в тимусе
Наиболее важными нелимфоидными клетками тимуса являются: 1) кортикальные эпителиальные клетки; 2) дендритные клетки, располагающиеся преимущественно на границе коры и мозгового вещества. Дендритные клетки тимуса происходят из костного мозга и входят в то же семейство клеток, которое осуществляет презентацию антигенов Т-клеткам в других тканях и органах.
Далее мы более подробно обсудим, как нелимфоидные клетки обеспечивают основные межклеточные связи, необходимые для развития созревающих Т-лимфоцитов. Они также вырабатывают цитокин IL-7, который индуцирует пролиферацию (В-)Т-лимфоцитов на ранних стадиях развития. Тимус является местом интенсивной пролиферации развивающихся Т-клеток, однако подавляющее большинство этих ежедневно продуцируемых клеток, оцениваемое примерно в 95 %, погибают, не выходя из него.
Реаранжировка генов Т-клеточных рецепторов
Лимфоидные клетки-предшественники проникают в наружные участки тимуса (субкапсулярная зона); при этом их TCR-гены находятся в нереаранжированной конфигурации (зародышевая линия). Обычно считается, что затем гены γ-, δ- и β-цепей вступают в реаранжировку почти одновременно. Клетки, которые продуктивно реаранжируют γ- и δ-гены, экспрессируют γ- и δ-цепи TCR на поверхности клеток. Последовательность процессов на ранних стадиях реаранжировки генов TCR до сих пор до конца не понятна, и не ясно, способны ли клетки, экспрессирующие γ- и δ-цепи на своей поверхности, продуктивно реаранжировать ген β-цепи.Несмотря на это, наблюдения позволяют предположить, что клетки, экспрессирующие γ- и δ-цепи в качестве своего TCR, отделяются от клеток, которые будут экспрессировать α- и β-цепи в качестве своего рецептора, на ранних стадиях развития в тимусе, хотя стадия, на которой это происходит, до сих пор точно не установлена. Клетки, экспрессирующие γδ как свой TCR, покидают тимус и формируют пул периферических γδ-Т-клеток.
Клетки, продуктивно реаранжирующие β-гены, экспрессируют β-цепь TCR на поверхности клетки в ассоциации с инвариантной молекулой, известной как пре-Тα. Их называют пре-Т-клетками, а сочетание β-цепи и пре-Тα (вместе с CD3 и ζ) составляют пре-Т-клеточный рецептор (пpe-TCR) аналогично пре-В-клеткам и пре-В-клеточным рецепторам.
Клетки, экспрессирующие пpe-TCR, дифференцируются далее. Аналогично фазам дифференцировке пре-В-клеток, передача сигнала через пpe-TCR прекращает дальнейшую реаранжировку β-генов TCR. Этим достигается то, что клетки экспрессируют только один тип β-цепи (аллельное исключение). Кроме того, клетки пролиферируют, и в этой расширенной популяции подавляется экспрессия пре-Тα, начинают реаранжироваться α-гены и допускается экспрессия CD4- и СD8-генов.
Как указано ранее, генные сегменты α и δ-локусов TCR располагаются на одной и той же хромосоме, поэтому реаранжировка α-локуса на определенной хромосоме приводит к исключению δ-локуса. (Это гарантирует то, что β-цепь не становится парной 8-цепи.) Таким образом, следующий важный этап созревания клетки αβ-линии - экспрессия молекул корецепторов CD4 и CD8 на своей поверхности. Такой αβ+- CD3+CD4+CD8+-тимоцит, относящийся к CD4+CD8+, или дважды позитивная клетка, обнаруживается в коре тимуса и формирует большинство тимоцитов в тимусе молодых млекопитающих.
Тимическая селекция
Позитивная селекция
Дважды позитивный тимоцит проходит через многоступенчатый процесс тимической селекции (см. рис. 8.8). (Проходит ли подобный селекционный процесс перед выходом из тимуса γδ-Т-клетка, в настоящее время не ясно.) На первой фазе позитивной селекции TCR дважды позитивного тимоцита взаимодействуют с молекулами МНС, экспрессируемыми на эпителиальных клетках в коре тимуса.Это взаимодействие приводит к выживанию и дифференцировке дважды позитивных клеток; те же из них, которые не участвуют в этом важном взаимодействии и поэтому не отбираются, погибают посредством апоптоза. Позитивная селекция также приводит к подавлению экспрессии генов RAG-1 и RAG-2 и, таким образом, прекращению дальнейшей реаранжировки генов. Следовательно, поскольку, как указано ранее, α-ген не подвергается аллельному исключению, позитивная селекция прекращает дальнейшие попытки реаранжировки α-цепи.
Другим важным свойством позитивной селекции является то, что развивающаяся αβ-Т-клетка становится «обученной» в отношении молекул МНС, экспрессируемых эпителиальными клетками коры тимуса. Это означает, что всю оставшуюся жизнь Т-клетка, даже в виде зрелой клетки, покинувшей тимус, будет реагировать на антиген только в том случае, если он связан с молекулами МНС, с которыми развивающаяся клетка встретилась в тимусе. По этой причине молекулы МНС, экспрессированные в тимусе индивидуума и «обучившие» его развивающиеся Т-клетки, относят к ауто-МНС; все другие типы молекул МНС для данного человека будут являться несобственными. Этим объясняется возникновение феномена МНС-рестрикции или, более точно, ауто-МНС-рестрикции, которая является основной для Т-клеточного ответа.
Негативная селекция
Поскольку рекомбинации, затрагивающие возникновение TCR, являются более или менее случайными, Т-клетки, экспрессирующие TCR, специфичные относительно чужеродных и собственных антигенов, могут развиваться в тимусе и проходить позитивную селекцию. Существует вероятность, что Т-клетки с выраженной реактивностью к собственным компонентам организма покинут тимус и будут взаимодействовать с такими антигенами в тканях, что может привести к нежелательным аутоиммунным реакциям. Для предотвращения этого дважды позитивные клетки подвергаются второй фазе отбора - негативной селекции (рис. 8.8).
Рис. 8.8. Позитивная и негативная селекция αβ-ТСR+СD4+СD8+Т-клеток в тимусе
На рис. 8.8 показана негативная селекция, наблюдаемая, когда дважды позитивные клетки взаимодействуют с дендритными клетками на границе кортикального и мозгового слоев. В основном взаимодействуют молекулы TCR, CD4 и CD8, экспрессированные на дважды позитивном тимоците, и молекулы МНС, расположенные на дендритной клетке. Поскольку дендритные клетки обладают пептидами, ассоциированными с молекулами МНС, дважды позитивные клетки, похоже, взаимодействуют с МНС и пептидом, экспрессированными на поверхности дендритной клетки.
Т-клетки, экспрессирующие TCR, которые реагируют со слишком высокой аффинностью с комбинацией пептида и МНС, удаляются посредством апоптоза Подобная негативная селекция удаляет Т-клетки, экспрессирующие TCR с высокой реактивностью к собственным компонентам.
Дважды позитивные клетки, пережившие негативную селекцию, снижают экспрессию как CD4, так и CD8 посредством не изученного еще механизма. Все это приводит к развитию или CD4+-CD8-, или CD4+-СD8+-Т-клеток (монопозитивные). Две эти популяции являются конечной точкой сложного процесса ap-TCR-клеточной дифференцировки в тимусе. Они покидают тимус и образуют периферические (т.е. вне тимуса) линии зрелых CD4+- и СD8+-Т-клеток.
Роль пептидов в тимической селекции
Остается еще ряд вопросов по механизмам, участвующим в селекции. Например, каковы роль и природа пептидов, экспрессируемых нелимфоидными тимическими клетками на разных стадиях процессов селекции. Данные современных исследований указывают на то, что пептиды, экспрессируемые кортикальными эпителиальными клетками, играют главную роль на этапе позитивной селекции. Эти пептиды происходят из аутоантигенов, экспрессированных в тимусе или поступивших в него.В настоящее время не ясно, однако, как эти пептиды, возникающие из аутоантигенов, отбирают Т-клетки с TCR, специфичными по отношению как к несобственным, так и аутологичным антигенам. Кроме того, не ясно, отличаются ли пептиды, экспремированные кортикальными эпителиальными клетками при позитивной селекции, от тех, которые экспрессируются дендритными клетками при негативной селекции.
Другим нерешенным вопросом является то, каким образом взаимодействие TCR. экспрессируемых на дважды позитивной клетке, с молекулами МНС и пептидами, представленными на кортикальных эпителиальных клетках, приводит к выживанию и дифференцировке дважды позитивных клеток, в то время как взаимодействие дважды позитивной клетки с дендритной клеткой тимуса индуцирует отрицательный сигнал (клеточную смерть). Эти проблемы продолжают интенсивно изучать.
Характеристики Т-клеток, покидающих тимус
Дифференцировка в тимусе Т-клеток, экспрессирующих αβ в качестве своих TCR, приводит к образованию репертуара периферических CD4+-и СD8+-Т-клеток, способных реагировать на огромное количество чужеродных антигенов. Эти клетки имеют две важных характеристики.- Для них характерна ауто-МНС-рестрикция. Они взаимодействуют с пептидами, образованными из несобственных антигенов только тогда, когда пептиды связаны с тем же набором молекул МНС, с которым развивающаяся Т-клетка взаимодействовала во время позитивной селекции в тимусе.
- У них отмечается аутотолерантность. CD4+- и CD8+-T-клетки не реагируют на собственные компоненты.
Т-клеточный рецептор (ТКР). На поверхности эффекторных, иммунных Т-лимфоцитов имеются Т-клеточные рецепторы к антигену, по структуре напоминающие антитела. Т-клеточный рецептор является гетеродимером и состоит из альфа - и бета - (молекулярная масса 40-50 кОа) и, реже, из?/?-цепей (1-5%-клеток в крови). В эпителии кишечника и в коже преобладают Т-лимфоциты с?/? рецепторами. Они распознают антигены микобактерий и взаимодействуют с белком р65 теплового шока. Каждая цепь имеет вариабельный и постоянный участки-домены, подобные тем, что имеются у иммуноглобулинов. Учитывая это сходство, ТКР относят к суперсемейству иммуноглобулиновых рецепторов.
Вариабельные домены цепей образуют структуру, обеспечивающую распознавание антигена. ТКР прочно связан с СDЗ-комплексом, состоящим из 5-ти полипептидных цепей (гамма, дельта, эпсилон, дзета, тэта) который передает сигнал от рецептора внутрь клетки. Следовательно, вся TKP-CD3 структура функционирует как семипептидный комплекс. Варианты Т-клеточных рецепторов заранее предсуществуют для каждого антигена. Такое разнообразие рецепторов запрограммировано генетически (у эмбрионов, имеется 30-500 генов, контролирующих вариабельные домены цепей). Однако число генов, кодирующих Т-рецепторы и антитела невелико - около 1000. За синтез?-цепи ответственны гены, находящиеся в 14-й хромосоме, а синтез?-цепи определяется локусами минигенов V, D, J. Между ними, также как у генов иммуноглобулинов, наблюдаются рекомбинации, объединения, которые создают различные варианты рецепторов для многих антигенов. Рекомбинации генов вариабельных цепей приводят к появлению около 3000 вариантов а и 1000 вариантов b цепей и только 40 ? и 27 ?. Их различные ассоциации создают более 4 млн ТКР2 вариантов и 10000 ТКР1 антигенспецифических рецепторов Т-клеток. Антиген связывается с теми рецепторами, которые ему наиболее соответствуют и стимулирует деление соответствующих клеток. Эти клетки образуют большой клон. Т-хелперы взаимодействуют с антигеном, ассоциированным с собственными молекулами ГКГС-II класса, а Т-супрессоры распознают антиген в комплексе с молекулами ГКГС I класса. Причем антиген должен быть представлен в виде пептида длиной 9-11 аминокислот для Т-супрессоров и 12-25 для Т-хелперов, т. е. переварен антигенпредставляющими клетками. С обычными белками, полисахаридами, липидами ТКР не взаимодействует.
Эффекторные лимфоциты разных субпопуляций выделяют большое число различных медиаторов. Помимо интерлейкинов, это лимфокины - факторы хемотаксиса, факторы, подавляющие миграцию гранулоцитов и макрофагов, митогенные факторы и др.
Ответственный за распознавание процессированных антигенов , связанных с молекулами главного комплекса гистосовместимости (ГКГ, англ. MHC ) на поверхности антигенпредставляющих клеток . ТКР состоит из двух субъединиц, заякоренных в клеточной мембране, и ассоциирован с мультисубъединичным комплексом CD3 . Взаимодействие ТКР с молекулами ГКГ и связанным с ними антигеном ведёт к активации Т-лимфоцитов и является ключевой точкой в запуске иммунного ответа.
Структура
ТКР представляет собой гетеродимерный белок, состоящий из двух субъединиц - α и β либо γ и δ, представленных на поверхности клетки. Субъединицы закреплены в мембране и связаны друг с другом дисульфидной связью .
По своей структуре субъединицы ТКР относятся к суперсемейству иммуноглобулинов . Каждая из субъединиц образована двумя доменами с характерной иммуноглобулиновой укладкой, трансмембранным сегментом и коротким цитоплазматическим участком.
N-концевые домены являются вариабельными (V) и отвечают за связывание антигена , презентируемого молекулами главного комплекса гистосовместимости. В составе вариабельного домена содержится характерный для иммуноглобулинов гипервариабельный участок (CDR). За счёт необычайного разнообразия данных участков, различные Т-клетки способны распознавать широчайший спектр антигенов.
Второй домен - константный (C) и его структура одинакова у всех субъединиц данного типа у конкретной особи (за исключением соматических мутаций на уровне генов любых других белков). На участке между С-доменом и трансмембранным сегментом расположен остаток цистеина , с помощью которого между двумя цепями ТКР образуется дисульфидная связь.
Субъединицы ТКР агрегированы с мембранным полипептидным комплексом CD3 . CD3 образован четырьмя типами полипептидов - γ, δ, ε и ζ. Субъединицы γ, δ и ε кодируются тесно сцепленными генами и имеют схожую структуру. Каждая из них образована одним константным иммуноглобулиновым доменом, трансмембранным сегментом и длинной (до 40 аминокислотных остатков) цитоплазматической частью. Цепь ζ имеет маленький внеклеточный домен, трансмембранный сегмент, и большой цитоплазматический домен. Иногда вместо цепи ζ в состав комплекса входит цепь η - более длинный продукт того же гена, полученный путём альтернативного сплайсинга .
Поскольку структура белков комплекса CD3 инвариантна (не имеет вариабельных участков), они не способны определять специфичность рецептора к антигену. Распознавание является исключительно функцией ТКР, а CD3 обеспечивает передачу сигнала в клетку.
Трансмембранный сегмент каждой из субъединиц CD3 содержит отрицательно заряженный аминокислотный остаток , а ТКР – положительно заряженный. За счёт электростатических взаимодействий они объединяются в общий функциональный комплекс Т-клеточного рецептора. На основании стехиометрических исследований и измерения молекулярной массы комплекса наиболее вероятным его составом является (αβ) 2 +γ+δ+ε 2 +ζ 2 .
ТКР, состоящие из αβ-цепей и γδ-цепей, весьма близки по структуре.
Механизмы активации Т-клеток
Основной функцией комплекса ТКР является распознавание специфического связанного антигена и запуск соответствующего клеточного ответа. Механизм трансдукции сигнала, благодаря которому Т-клетка вызывает этот ответ при контакте с её уникальным антигеном, называется активацией Т-клетки. В процессе активации Т-клеток путём так называемой трансмембранной сигнализации обычно участвуют расположенные под липидным бислоем киназы семейства Src , которые осуществляют обратимое фосфорилирование остатков тирозина в активационных цепочках иммунорецепторов - ITAM во внутриклеточных доменах CD3 и