Речовини, що індукують вироблення специфічних антитіл і здатні взаємодіяти з ними in VIvo та in VItro, називають повними антигенами.

ВСТУП

Імунологія – наука про будову, функції та розвиток імунної системи організму тварин і людини.

Об’єкти вивчення імунології – антигени та інші речовини, що здійснюють специфічний чи неспецифічний, стимулюючий чи пригнічуючий вплив на діяльність імунної системи, імунокомпетентні органи (кістковий мозок, тимус, селезінка, лімфатичні вузли, лімфоїдний апарат слизових оболонок), клітини (лімфоцити, макрофаги, нейтрофіли, базофіли, еозинофіли, фібробласти, ретикулярні клітини) і молекули, що ними секретуються (імуноглобуліни, цитокіни, компоненти комплементу та ін.), а також зумовлені ними явища (природний і набутий імунітет, гіперчутливість, аутоімунні реакції, трансплантаційний імунітет, імунологічна толерантність).

До завдань імунології належать вивчення загальних закономірностей діяльності імунної системи в нормі та патології; визначення ролі імунної системи у виникненні й протіканні конкретних захворювань; розробка та використання методів імунодіагностики, імунотерапії, імунокорекції та імунопрофілактики.

Головні методи: серологічний, алергічний, імунохімічний, імуноморфологічний, імуногенетичний, експериментальний.

В залежності від об’єкта виділяють загальну (експериментальну), медичну, ветеринарну, інфекційну, клінічну, екологічну імунологію, алергологію, імунопатологію, імуногематологію, імунологію ембріогенезу; в залежності від методу – імунодіагностику, імунотерапію, імунопрофілактику, імуноморфологію, імунохімію.

 

 

Короткий історичний нарис

 

Протягом багатьох тисячоліть людство було беззахисним перед масовими смертельними хворобами. Давні письмена різноманітних цивілізацій донесли до нас відомості про жахливі епідемії, які спустошували великі міста і процвітаючі країни, знищували армії. Колосальні жертви несло людство у середні віки і навіть у більш пізній період від чуми, віспи, холери, тифу, скарлатини, дифтерії та інших захворювань. Імунітет (лат. іmmunis – вільний від…) спочатку розглядали як несприйнятливість до бактеріальних інфекцій. Ще в давнину було відомо, що ніхто не захворює чумою двічі – одного разу перенесене захворювання залишає імунітет на все життя. У Древньому Єгипті і Древній Греції людей, які перехворіли чумою, брали доглядати за хворими і збирати трупи. Тому імунологія була перш за все наукою про захист від мікробної інфекції.

Сьогодні під імунологією розуміють науку про специфічні реакції організму на вторгнення будь-яких чужорідних для організму речовин та структур. При цьому основною ознакою імунної реакції вважається антигенна специфічність. Крім того, сьогодні вже відомо, що імунні реакції є не тільки захисними, в ряді випадків вони самі є причиною хвороби і навіть смерті, як, наприклад, при анафілаксії.

Імунологія – порівняно молода наука, їй всього близько 100 років. У той же час захист від інфекції за допомогою імунізації відомий вже багато сотень років; мова йде перш за все про емпіричні спроби за допомогою штучно викликаного легкого захворювання попередити небезпечну хворобу у випадку епідемії. Так, з давніх часів китайці з цією метою втягували у ніс (подібно до нюхання тютюну) висушені та подрібнені шкірочки віспенних хворих. Такий метод, названий варіоляцією, довгий час був невідомий в Європі, але отримав популярність в Англії, після того, як леді Мері Уортлі Монтегю, дружина британського посла в Константинополі, заразила віспою дитину, яка народилась у неї в Туреччині. За твердженням Вольтера, турки перейняли цей звичай (прививати від віспи) у черкесів; ті вводили дітям вміст віспенних пустул спеціально для того, щоб зберегти здоров’я і красу дівчат, котрих вони дорого продавали в Персію і Туреччину.

Однак, потім виявилось, що метод варіоляції не такий безпечний, оскільки іноді приводить до захворювання віспою у важкій формі та смерті, а привиті самі стають джерелом інфекції. Тому в першій половині ХІХ століття варіоляція в ряді країн була заборонена.

У ХVІІІ столітті в Англії було відомо, що люди, яким доводилось зустрічатися з коров’ячою віспою, рідко хворіли натуральною. У 1774 році англійський селянин Бенджамин Джесті, щоб захистити свою дружину від віспи, наніс їй на шкіру передпліччя вміст пустул хворих віспою корів.

Едвард Дженнер був першим лікарем, який проводив цілеспрямовані експерименти по зараженню коров’ячою віспою для захисту від натуральної. У 1779 році він заснував у Лондоні перший у світі віспопрививальний пункт. Це було народженням наукового підходу до застосування активної імунізації і початком розвитку імунології.

Пройшло, однак, близько 100 років, перш ніж Луї Пастер провів першу успішну вакцинацію людини проти сказу. 6 червня 1887 року покусаний скаженою собакою Жозеф Мейстер був привитий розробленою Пастером вакциною проти сказу; цей чоловік першим отримав 13 ін’єкцій вакцини і вижив. Пастера можна вважати першим імунологом-експериментатором, якому вдалось створити активний імунітет за допомогою ослаблених збудників проти холери у курей, проти сибірської виразки у домашніх тварин і проти сказу у людини.

До 1900 року було зроблено багато вирішальних відкриттів, які створили міцний науковий фундамент імунології. Ілля Мечников відкрив явище фагоцитозу і ввів поняття “клітинний імунітет”; Еміль фон Берінг разом з Шибасабуро Кітазаро застосував пасивну імунізацію проти дифтерії і правцю; Пауль Ерліх розвинув свою нині широко відому теорію “бокових ланцюгів”, яка пояснює утворення антитіл; Жюль Борде відкрив у 1899 році систему комплементу і розробив у 1901 році реакцію зв’язування комплементу; потім було відкриття груп крові АВ0, анафілаксії, феномена Артюса і сироваткової хвороби. У 1906 році Клеменс фон Пірке ввів поняття “алергія”.

У наступні 50 років було досягнуто методичних успіхів у всіх експериментальних науках, які, в свою чергу, сприяли швидкому прогресу імунології. Тизеліус розробив метод електрофорезу і в 1938 році разом з Кеботом довів, що антитіла є гамаглобулінами. Були розроблені методи імунодифузії, імунофлуорисценції та імуноелектрофорезу; почалось вивчення структури антитіл.

Приблизно з 1960 року почалась друга велика хвиля досліджень, присвячених на цей раз вивченню лімфоцита як центральної клітини імунної системи. Пік експериментальної активності супроводжувався істотним збільшенням кількості публікацій у цьому напрямку. Пітер Медавар і його співробітники встановили, що феномен імунологічної толерантності зумовлений активною діяльністю імунної системи. Мак-Фарлейн Бернет та Нільс Ерне розвинули клонально-селекційну теорію утворення антитіл, а Джеймсу Гоуену у 1959 році вдалось отримати прямий доказ участі лімфоцитів у імунній відповіді шляхом переносу імунокомпетентних клітин опроміненому сингенному реципієнту. У 1962 році Жак Міллер у своїх дослідах встановив роль тимусу як первинного лімфоїдного органу. Джордж Снел, один із засновників трансплантаційної імунології, ще в 40-х роках своїми дослідами вніс вагомий внесок в аналіз тканинної сумісності. У 1959 році Жан Доссе (разом з Кисмеєр-Нільсоном, ван Роодом, Терасакі, Бодмером, Чепеліні та ін.) відкрив систему антигенів гістосумісності людини (HLA), завдяки чому став можливим поділ тканин на типи при алотрансплантації. Важливе відкриття зробив Хью Мак-Девіт, який довів, що гени імунореактивності відносяться до головного комплексу гістосумісності. Б.Бенацерраф назвав їх Ir-генами (англ. Immune respons – імунна відповідь), оскільки вони визначають здатність індивіда відповідати на чужорідні антигени (наприклад, на антигени певних патогенних мікроорганізмів).

Досягнення імунології за останні роки підтвердило ідею Барнета про те, що імунітет – явище гомеостатичного порядку і за своєю природою спрямоване, в першу чергу, проти спонтанних мутацій в організмі, а антимікробна дія – тільки окремий прояв імунітету. Таким чином, інфекційна імунологія, яка довгий час розвивалась як один з напрямків мікробіології, стала базою виникнення нової галузі наукових знань – неінфекційної імунології.

Завдяки досягнутим успіхам, імунологія стала в один ряд з такими науками, як молекулярна біологія, біохімія та генетика, і є одним з основних розділів сучасної біології та медицини.

Особливо слід підкреслити, що всі важливі відкриття в галузі імунології протягом відносно короткого періоду знаходять практичне застосування, сприяючи вирішенню важливих клінічних проблем. У зв’язку з цим імунологія викликає все більший інтерес як у мікробіологів, вірусологів, ембріологів, так і у гематологів, онкологів, алергологів та лікарів багатьох інших спеціальностей.

Сьогодні зусилля імунологів всього світу зосереджені на виясненні механізмів імунної відповіді на клітинному та молекулярному рівнях. Імунорегуляція – це координована взаємодія клітин імунної системи, яка реалізується через безпосередній контакт, а також лімфокіни та інші фактори; знання механізмів імунорегуляції є базою для цілеспрямованого впливу на імунну відповідь.

Імунологія має виражений міждисциплінарний характер. У відповідності з рівнем наявних знань у ній сформувались чисельні субдисципліни, такі як імунохімія, імунопатологія, імунологія пухлин, трансплантаційна імунологія та інші. Антитіла використовуються не тільки для лікування, але і знаходять застосування в якості високоспецифічних реагентів в таких галузях науки, як біологія, біохімія, мікробіологія, фармакологія. В центрі уваги клінічної імунології знаходяться захворювання, зумовлені аномальною функцією імунної системи, а також хвороби, у яких вирішальну роль відіграють пошкоджуючі імунні реакції. Вона є зв’язуючою ланкою між досягненнями теорії та їх практичним використанням в охороні здоров’я.

Розвиток імунології привів до виділення ряду самостійних напрямків в імунологічних дослідженнях: загальної імунології, імунохімії, імунотолерантності, імуноморфології, імунології ембріогенезу, автоімунних процесів, радіаційної імунології, алергології, імунобіології та ін.

Сьогодні імунологія є фундаментальною наукою про фізіологію та патологію механізмів специфічного імунітету і неспецифічної резистентності. Зараз вже не буде перебільшенням стверджувати, що механізми імунітету тою чи іншою мірою порушуються при алергії, багатьох захворюваннях крові, колагенозах, гострих та хронічних інфекційних процесах, раку, а також у випадках несумісності при трансплантації. Роль імунології різко зросла у зв’язку зі зниженням за останні десятиліття імунологічної реактивності населення та збільшенням на цьому фоні кількості алергічних, гнійно-запальних захворювань.

Питання для самоконтролю

1. Дайте визначення терміну „імунологія”. 2. Назвіть головні методи імунологічних досліджень. 3. Що є об’єктом вивчення імунології? 4. Назвіть основні віхи розвитку імунології. 5. Розкажіть про відомих вчених в області імунології. 6. Дайте визначення терміну „імунорегуляція”.

 

 

АНТИГЕНИ

 

1. Основні уявлення та поняття. Імунна система є свого роду “відділом технічного контролю”, який слідкує за тим, щоб в організмі зберігались тільки ті макромолекули та клітини, які синтезовані у відповідності із заданою генетичною програмою.

У зв’язку з цим визначають антигени як речовини, що несуть ознаки генетично чужорідної інформації і при введенні в організм викликають імунологічні реакції, а імунітет – як спосіб захисту організму від живих тіл і речовин, що несуть в собі ознаки чужорідної генетичної інформації. Механізм такого захисту полягає в тому, що імунна система організму толерантна до власних структур, а екзогенні речовини, що потрапили до організму, а також власні макромолекули, змінені в результаті мутацій, генетичних помилок та пошкоджуючих впливів є для неї чужорідними і підлягають руйнуванню і видаленню. Таким чином, першою умовою антигенності речовини є її чужорідність у генетичному відношенні.

Під антигенністю розуміють здатність антигена стимулювати утворення антитіл, для характеристики інфекційних антигенів використовують ще й поняття “імуногенність” – здатність створювати імунітет.

Специфічність антигена – це його здатність вибірково реагувати зі специфічними антитілами або сенсибілізованими лімфоцитами, що з’являються після імунізації. Імуногенність і специфічність представляють собою різні незалежні властивості однієї і тієї ж молекули повного антигена. Так, наприклад, той чи інший конкретний антиген може бути неімуногенним для певного виду тварин, але при цьому проявляти специфічну антигенність.

Антигени викликають специфічні імунологічні реакції: синтез антитіл, реакції клітинного імунітету, імунологічну толерантність, а також імунологічну пам’ять.

Питання для самоконтролю

1. Дайте визначення термінів „антиген”, „повний антиген”, „неповний антиген (гаптен)”. 2. Охарактеризуйте такі властивості антигенних сполук як антигенність, імуногенність, специфічність. 3. Які специфічні імунні реакції викликають антигени? 4. Поясніть зв’язок валентності антигена з його антигенністю. 5. Розкажіть про структуру антигенної речовини. 6. Дайте визначення поняттю „утоантиген”. 6. Класифікація антигенів за хімічною будовою. 7. Класифікація антигенів за генетичними взаємовідносинами донора і реципієнта. 8. Охарактеризуйте видову, групову, органну, органоїдну специфічність антигенів. 9. Поясніть явище конкуренції антигенів. 10. Різновиди антигенів еритроцитів людини. 11. Опишіть найбільш відомі системи групових еритроцитів людини. 12. Поясніть механізм виникнення резус-конфлікту матері та плоду. 13. Охарактеризуйте головний комплекс гістосумісності. 14. Характеристика антигенів мікроорганізмів. 15. Дайте визначення терміну „алерген”.

 

ІМУНОГЛОБУЛІНИ (АНТИТІЛА)

 

1. Загальна характеристика імуноглобулінів. Надзвичайно важливу і фундаментальну властивість пари антиген-антитіло відкрив Ландштейнер у 30-і роки. Правда, ні він сам і ніхто інший довгі роки не оцінювали фундаментальність спостереження Ландштейнера, поки не досягла належного рівня розвитку молекулярна генетика імуноглобулінів. Експериментальні спостереження вченого полягали в тому, що ссавці здатні виробляти антитіла з однаковим успіхом як на природні антигени, так і на штучно синтезовані хімічні сполуки, не схожі за хімічною структурою на природні біомолекули. Прикладний висновок був зроблений негайно: по всьому світу в лабораторіях стали отримувати імунні сироватки проти потрібних речовин, як специфічні реагенти для визначення заданих речовин. Фундаментальність висновку полягає в тому, що репертуар антигензв’язуючих властивостей антитіл організму формується на основі деяких випадкових процесів, а не запрограмований еволюційним “знанням” (не закріплений відбором) з боку організму – що є для нього антигеном, а що ні.

 

2. Біологічні властивості та функції антитіл. За рухливістю в електричному полі білки сироватки крові поділяються на альбуміни і три глобулінові фракції: a-, b-, і g-глобуліни (найменш рухливі). Антитіла – це особливі розчинні білки з певною біохімічною структурою (імуноглобуліни), які наявні в сироватці крові та інших біологічних рідинах і які організм виробляє для зв’язування різноманітних антигенів. Всі антитіла – імуноглобуліни. Не можна сказати, що всі імуноглобуліни – антитіла. Ми говоримо про антитіла тільки відносно антигена,тобто, якщознаємо антиген. Якщо ми не знаємо антиген, комплементарний певному імуногобуліну, то ми маємо лише імуноглобулін.

Міжнародна абревіатура імуноглобулінів – Ig. Велика буква поряд з Ig означає один із існуючих у ссавців класів імуноглобулінів – M, G, A, E, D, наступна арабська цифра означає субклас. Субкласи є лише у імуноглобулінів класів G (G1, G2, G3, G4) і А (А1, А2). Класи та підкласи, разом взяті, називають ізотипами імуноглобулінів. Таким чином, ізотипів є 9. П’ять класів імуноглобулінів є тільки у ссавців, але у всіх видів ссавців гомологічні всі ці 5 класів.Це говорить про те, що 5 класів імуноглобулінів склались в процесі еволюції до видоутворення ссавців.

Антитіла зв’язують специфічний антиген і здійснюють ряд біологічних функцій: фіксують комплемент, викликають лізис клітин, здійснюють опсонізуючий вплив, вибірково проникають через фізіологічні бар’єри. Антитіла вважають білками-адаптерами до тих речовин, які не розщеплюються ферментами тканин. З’єднання антитіл з таким антигеном сприяє руйнуванню його ферментними системами даного організму і прискорює видалення чужорідної високомолекулярної речовини. Біологічна функція антитіл зумовлена їх високою специфічністю, яка проявляється в здатності реагувати у більш вираженій мірі з гомологічним, ніж зі схожим у хімічному відношенні антигеном.

Антитіла синтезуються виключно В-лімфоцитами. Кожен одиничний В-лімфоцит синтезує єдиний варіант антитіла за ознакою структури антигензв’язуючого центру молекули. У процесі формування імунної відповіді можливе переключення синтезу ізотипу імуноглобулінупри збереженні незмінної структури антигензв’язуючого центру.

Усі В-лімфоцити організму здатні синтезувати близько 10¹⁶ варіантів антитіл, випадкових за специфічністю до антигенів.

Молекули імуноглобулінів однієї й тієї ж специфічності по антигену присутні в організмі у двох фізичних станах – у розчині та на мембрані клітини і в трьох формах:

Ø У розчинній формі у крові та інших біологічних рідинах (імуноглобулін, що секретується клітиною);

Ø На мембрані В-лімфоцита в складі рецептора В-лімфоцитів для антигена – BCR (B-cell receptor) (трансмембранна форма Ig). Трансмембранні форми усіх класів Ig, включаючи IgM і IgA, мономери;

Ø Зв’язані з клітинами, але не в трансмембранному варіанті, а зв’язані за Fc-кінець Fc-рецептором клітини. У вільному стані лише IgE здатні зв’язуватися рецепторами на тучних клітинах, базофілах, дендритних клітинах та деяких інших типах клітин. Для решти Ig характерна фіксація на Fc-рецепторах на клітинах тільки після зв’язування антитіла з антигеном, тобто фіксується не вільне антитіло, а комплекс антиген-антитіло через Fc-кінець молекули Ig (на макрофагах, нейтрофілах, еозинофілах).

 

3. Фізико-хімічні властивості антитіл. До складу g-глобулінів входять 18 амінокислот. У найбільшій кількості містяться глютамінова і аспарагінова кислоти, треонін, серин і валін. Хімічний склад деяких імуноглобулінів наведений в таблиці 3. Як видно з даних таблиці, g-глобуліни кроля і людини, а також імуноглобуліни окремих класів відрізняються за вмістом амінокислот, що входять до їх складу.

Таблиця 3

Амінокислотний склад імуноглобулінів

Амінокислоти	Вміст амінокислот, г на 100 г білка
кролячий IgG	людський IgG	Людський IgM
Лізин Гістидін Аргінін Аспарагінова к-та Треонін Серин Глютамінова к-та Пролін Гліцин Аланін Валін Метионін Ізолейцин Лейцин Тирозин Фенілаланін Цистин Триптофан	5,76 1,73 4,42 8,08 10,37 8,32 11,05 6,79 3,98 3,71 8,36 1,13 3,49 6,73 6,17 4,15 2,63 2,90	7,09 2,44 4,02 7,77 7,04 9,13 11,18 6,40 3,37 3,29 7,92 0,93 2,16 7,40 5,76 4,07 2,07 2,63	4,91 1,98 4,75 6,95 6,17 6,58 9,92 4,95 2,91 3,12 5,77 1,02 2,83 6,09 4,01 3,85 2,30 2,47

 

При лімфопроліферативних захворюваннях і багатьох хронічних інфекційних захворюваннях у сироватці крові виявляється особливий вид глобулінів – кріоглобуліни. Молекулярна маса цих антитіл знаходиться в межах 150 000 – 900 000.

Молекули антитіл мають форму еліптичних циліндрів або циліндричних паличок довжиною до 24-25 нм і поперечним перерізом 4-5 нм.

Антитіла не руйнуються при короткочасному впливу на них слабких кислот і лугів, витримують нагрівання до 60⁰, не інактивуються трипсином протягом 7 років при температурі 37⁰С. Зазвичай електричний заряд антитіл протилежний заряду гомологічного антигена.

 

4. Молекулярна структура антитіл. Розшифровка хімічної структури детермінантних груп антигена та рецепторних груп антитіл, з’ясування фізичних факторів, що забезпечують їх комплементарність, є ключем до розуміння механізмів синтезу безмежної кількості специфічних антитіл та їх високої специфічності. Для вивчення молекулярної структури антитіл використовують методи розщеплення молекул імуноглобулінів на окремі фрагменти.

Під впливом протеаз антитіло розщеплюється на дві частини, причому специфічна активність характерна лише одній з утворених частин, яка є більш стійкою до впливу фізичних факторів. На основі цих спостережень було зроблено висновки, що активні групи зосереджені на одному з полюсів антитіла. Таким чином, антитіло є молекулою білка, що містить невелику активну (рецепторну) групу. Як і білковий носій детермінантної групи антигена, носій активної групи антитіла не наділений специфічністю. Під впливом деяких факторів неспецифічна частина молекули антитіла може пошкоджуватися, але непошкоджена рецепторна група – активний центр антитіла – зберігає здатність з’єднуватися зі специфічним антигеном. Реакція між антигеном та антитілами при цьому невидима через відсутність другої фази імунної реакції – аглютинації, преципітації.

Згідно номенклатури, імуноглобуліни за їх антигенними і біологічними властивостями і структурними особливостями, як уже згадувалося, діляться на п’ять класів: IgM, IgG, IgA, IgD, IgE. Імуноглобуліни G та А поділяються на підкласи. За деякими фізико-хімічними властивостями імуноглобуліни окремих класів людини схожі з відповідними класами імуноглобулінів інших видів тварин. Усі класи та підкласи імуноглобулінів відрізняються амінокислотною послідовністю важких ланцюгів. Синтез класу і підкласу антитіл залежить від природи антигена, шляху поступання його в організм і часу, який пройшов з початку імунізації.

На основі вивчення фрагментів антитіл, які утворюються під впливом протеаз, у 1962 році Портер розробив принципову схему будови молекули гамаглобуліну. Подальші дослідження підтвердили правильність цієї схеми. Молекули імуноглобулінів усіх класів складаються з ідентичних двох важких Н-(Heavy) та ідентичних двох легких L-(Light) ланцюгів, з’єднаних між собою дисульфідними місточками (рис. 1).

 

V C

L

H

2 H 1

L

Рис. 1. Схема будови молекули імуноглобуліну.1 – С-кінцева частина; 2 – N-кінцева частина; L – L-ланцюг; H – H-ланцюг; V – V-ділянка; C – C-ділянка.

 

Існує три категорії дисульфідних зв’язків: міжланцюгові дисульфідні зв’язки між Н- і L-ланцюгами і між Н-ланцюгами, які зумовлюють четвертинну структуру молекули; міжланцюгові дисульфідні зв’язки, що зумовлюють полімеризацію молекули, дисульфідні місточки всередині ланцюгів – 2 в легких і 4 у важких. До складу IgM i IgA входить ще й J-ланцюг. L-ланцюги, отримані із імуноглобулінів різних класів, здатні рекомбінуватися як з гомологічними, так і з гетерологічними Н-ланцюгами. Останні є класоспецифічними, оскільки відмінності у структурі постійних учасників важких ланцюгів окремих класів виключають можливість формування гібридних молекул, які складаються з Н-ланцюгів різних класів.

Відповідно до кожного класу імуноглобулінів (М, G, A, D, E) розрізняють п’ять типів важких ланцюгів: m (мю), g (гама), a (альфа), d (сігма), e (іпсилон), які мають молекулярну масу в межах 50 000 – 70 000 (табл. 4). Структуру молекули імуноглобуліну класу G можна уявити наступним чином: a - g - g - a. Як в легких, так і у важких ланцюгах є V-область, у якій послідовність амінокислот непостійна (Various) і С-область (Constant), де постійно знаходяться одні й ті ж амінокислоти. В легких і важких ланцюгах розрізняють NH₂- та COOH- кінцеві частини. Легкі ланцюги для усіх класів є однаковими і бувають двох типів - æ (капа) і l (лямбда) (табл. 4). Але у однієї молекули антитіла обидва ланцюги можуть бути тільки однозначними – капа або лямбда. У людини капа-ланцюги у молекулі IgG складають 70%, а лямбда-ланцюги – 30%.

Таблиця 4

Номенклатура та молекулярна формула імуноглобулінів людини

Імуноглобуліни	Важкі ланцюги	Легкі ланцюги	Молекулярна формула
IgG 1	g^a	ǽ,l	(g^аǽ)2, (g^аl)2
IgG 2	g^b	ǽ,l	(g^bǽ)2, (g^bl)2
IgG 3	g^c	ǽ,l	(g^cǽ)2, (g^cl)2
IgG 4	g^d	ǽ,l	(g^dǽ)2, (g^dl)2
IgA	a	ǽ,l	(aǽ)2, (al)2
IgM	m	ǽ,l	[(mǽ)2]5, [(ml)2]5
IgD	d	ǽ,l	(dǽ)2, (dl)2
IgE	e	ǽ,l	(eǽ)2, (el)2

 

Серед імуноглобулінів одного класу зазвичай виявляються легкі ланцюги обох типів. Кожен тип ланцюгів має специфічну первинну поліпептидну структуру, і їх синтез контролюється окремим геном. Гени не алельні.

При розщепленні Ig вдається отримати фрагменти молекул і їх ланцюгів. Фермент папаїн розриває молекулу Ig на 3 фрагменти: 2 Fab (не кристалізуються, містять детермінантні групи до антигена) і Fc-фрагмент (кристалізується). Fab фрагменти здатні з’єднуватися з антигеном, вони не проходять через плаценту, але можуть фіксуватися у шкірі.

Fab і Fс фрагменти є компактними утвореннями, з’єднаними між собою гнучкими ділянками важкого ланцюга, завдяки чому молекула Ig має гнучку структуру.

Fc фрагменти не з’єднуються з антигеном, бо не містять рецепторних груп, але можуть з’єднуватися з комплементом, проходять через плаценту, викликають анафілактичну реакцію. Відщеплення Fc фрагмента не впливає на специфічну активність антитіла, він забезпечує зв’язок антитіла з клітинами.

Домени – ділянки молекули Ig. Важкий ланцюг можна розбити на 4 домени, а легкий – на 2. Кожен домен містить 110 амінокислотних залишків і 1 дисульфідний зв’язок, що утворює петлю.

Перший домен важкого ланцюга утворює V-частину. Решта 3 – С-частину. Домени з’єднані послідовно поліпептидним зв’язком, а з гомологічними доменами – через дисульфідні зв’язки.

В Ig перший домен відповідає за розпізнавання антигена, другий – утворює структуру, комплементарну С-ділянці легкого ланцюга, третій – забезпечує фіксацію комплементу, четвертий – зв’язується з клітинною поверхнею і зумовлює розпізнавання антигена клітинами.

У всіх доменах молекул імуноглобулінів є однакові (загальні) послідовності залишків амінокислот. З найбільшою стабільністю у цих консервативних (або гомологічних) послідовностях присутній триптофан. Наявність таких консервативних загальних послідовностей розглядають як молекулярне свідчення генетичної спільності: гени, що кодують окремі домени, походять від загального предкового гена (шляхом дуплікації, мультиплікації, а потім дивергентної еволюції). Гомологічні названим послідовності амінокислот присутні, окрім імуноглобулінів, і в молекулах інших білків. Ці інші білки експресуються в клітинах імунної і нервової систем. Такій спільності в структурі відповідає і спільність функціонального призначення – участь у процесах молекулярного розпізнавання і взаємодії клітин. Білки, що містять послідовності амінокислот, ідентифіковані спочатку в імуноглобулінах, об’єднують в одне суперсімейство – суперсімейство імуноглобулінів IgSF(immunoglobuline superfamily). Крім самих імуноглобулінів, до цього сімейства відносять рецептор Т-лімфоцитів для антигена (TCR – T-cell receptor), не всі, але ряд рецепторів клітин для цитокінів, мембранні молекули міжклітинної адгезії, рецептори клітин для Fc-“хвостів” імуноглобулінів класів А і G.

4.1. Активний центр антитіла. Специфічність антитіл зумовлена відповідністю конфігурації рецепторної групи антитіла детермінантній групі антигена, що створюється певною послідовністю амінокислот у варіабельних ділянках важких та легких ланцюгів. Активний центр антитіла представляє собою щілину глибиною 1,2 нм, в яку входить антигенна детермінанта. В побудові активного центру антитіла беруть участь до 20 амінокислотних залишків, що складає близько 2% поверхні антитіла і близько 1% усіх амінокислотних залишків у молекулі.

Розміри активного центру антитіла дещо перевищують розміри антигенної детермінанти. Однак, з огляду на неоднорідність антитіл по відношенню до структури детермінанти, розміри ці відхиляються в обидва боки.

 

5. Синтез імуноглобулінів у клітині. Легкі та важкі ланцюги розміщуються в плазмобластах переважно на цитоплазматичних полісомах. Легкі та важкі ланцюги синтезуються окремо і з’єднуються в молекулу гамаглобуліну перед виділенням з клітини. Молекула IgG утворюється шляхом зв’язування готових повних ланцюгів, а не шляхом комбінації легких ланцюгів з важкими в момент їх синтезу. Легкі ланцюги IgG синтезуються на полірибосомах плазмоцитів, що складаються з 5-7 рибосом, а важкі ланцюги – на полірибосомах, що складаються з 16-18 рибосом. Полірибосоми, які синтезують як важкі, так і легкі ланцюги IgG, розміщені на ендоплазматичному ретикулумі.

Антитіла секретуються шорсткуватими мембранами в “бульбашки” і виділяються через гладкі мембрани. З цитоплазми переміщаються до апарату Гольджі. Тут до поліпептидних ланцюгів приєднується вуглеводнева частка молекули гамаглобуліну. Надалі молекула прикріплюється до клітинної оболонки, де остаточно формується. Збирання молекули H₂L₂ відбувається протягом 1 хв. Полімерні молекули містяться в цитоплазмі лише у вигляді слідів, з чого випливає, що вони збираються безпосередньо перед виділенням з клітини.

При імунізації не завжди виявляється паралелізм динаміки вмісту в сироватці крові гамаглобулінів та специфічних антитіл. У клітині одночасно синтезуються імунні та неімунні гамаглобуліни. Появі антитіл передує збільшення концентрації неспецифічних гамаглобулінів.

 

6. Гени імуноглобулінів. Індивідуальний організм здорової людини протягом життя створює декілька мільйонів варіантів антитіл за здатністю зв’язувати різні антигени. Ніякий геном фізично не несе стільки окремих структурних генів. Успадкована від батьків кількість генетичного матеріалу (ДНК), призначеного для програмування біосинтезу антитіл, не така вже й велика – всього близько 120 структурних генів. Цю успадковану кількість генів називають зародковими генами імуноглобулінів, або зародковою конфігурацією.

Різноманітність генетичних кодів для мільйонів варіантів варіабельних ділянок молекул Ig формується протягом всього життя в процесі диференціації В-лімфоцитів: у кожному окремому В-лімфоциті здійснюється своя унікальна рекомбінація ДНКіз зародкових генів; і трансляція РНК, і наступний синтез білка вже йдуть з персонального для кожного В-лімфоцитагенетичного коду V-ділянки.

Феномен рекомбінації ДНК у соматичних клітинах, наскільки це відомо сучасній науці, строго унікальний виключно для лімфоцитів. Схожого ніхто не спостерігав не лише при диференціації будь-яких інших клітин ссавців, але навіть і будь-яких клітин інших еукаріотів. Соматична рекомбінація ДНК характерна тільки для генів антигенрозпізнаючих молекул лімфоцитів – імуноглобулінів у В-лімфоцитах і рецептора Т-клітин для антигена у Т-лімфоцитах.

Цей унікальний процес генерації різноманітності антигенрозпізнаючих молекул всередині організму необхідний для того, щоб багатоклітинні змогли вижити під інфекційним тиском різноманітних земних мікроорганізмів. Ссавці еволюціонують так повільно, що людині навіть важко це уявити. Мікроорганізми, навпаки, еволюціонують протягом днів-тижнів. Отже, лімфоцити – спеціальний унікальний витвір природи всередині організму багатоклітинних з невипадковою, а запрограмованою мінливістю тільки у генах антигензв’язуючих молекул, які у кількісному відношенні хоч якоюсь мірою наближаються до різноманітності мікробів. Різноманітність ця настільки велика (наприклад, відносно загальної кількості клітин в організмі ссавця), що механізм генерації різноманітності відповідних структурних генів став запрограмовано випадковим. Властивість випадковості при рекомбінації відповідної ДНК пояснює той широко відомий факт, що імунна система “в особі” лімфоцитів розпізнає різні речовини, а не лише інфекційні мікроорганізми.

Приблизно 20 років тому, ще методами класичної біохімії (аналітичним електрофорезом фрагментованої ДНК) виявили, що генетичний матеріал для кодування білків-імуноглобулінів структурований (“розірваний”) на сегменти, які розміщені один відносно другого на певній відстані. У всіх клітинах тіла, включаючи стовбурову кровотворну, крім В-лімфоцитів, що почали диференціацію, гени імуноглобулінів назавжди залишаються в “розірваному” стані, який називають зародковою конфігурацією. І лише в В-лімфоцитах на самому ранньому етапі їх спеціальної диференціації починається складний генетичний процес об’єднання сегментів ДНК, призначених для кодування різних частин молекули імуноглобуліну – V- і С-фрагментів, причому окремо для кожного з 3 типів поліпептидних ланцюгів – двох типів легких (капа, лямбда) і важкого. Це і є феномен рекомбінації ДНК в соматичній клітині.

Структура генів імуноглобулінів докладно вивчена. Окремі сегменти молекулярно клоновані, визначена їх кількість.

Рекомбінацію ДНК імуноглобулінів каталізують спеціальні ферменти – рекомбінази. Ці ж ферменти каталізують рекомбінацію ДНК генів TCR у Т-лімфоцитах, тобто рекомбінази – унікальні ферменти лімфоцитів. Але в В-лімфоцитах ці ферменти не “зачіпають” гени TCR, а в Т-лімфоцитах не “зачіпають” гени імуноглобулінів. Отже, до початку процесу перебудови ДНК у клітині вже існують генрегуляторні протеїни – свої у Т-лімфоцитів і свої у В-лімфоцитів.

 

7. Динаміка утворення антитіл. Здатність до продукції антитіл проявляється на ранніх етапах внутріутробного періоду. У лімфоїдній тканині 20-тиждневого плоду людини вже синтезуються IgM і IgG. Синтез IgG до 3-5 років складає 60-70% середнього рівня дорослих.

Динаміка продукції антитіл, як і хімічна структура їх молекул, детермінована генетично. Кожному виду тварин властива характерна динаміка утворення антитіл. Вона залежить також від особливостей та доз антигену, шляхів проникнення його в організм, стану реактивності макроорганізму. При одноразовому парентеральному введенні антигену антитіла виявляються в сироватці через 3-4 доби. Титр антитіл наростає протягом 6-12 діб, стабілізується, а потім знижується і через 2-3 місяці майже досягає вихідного рівня. Період напіврозпаду для різних класів імуноглобулінів у людини складає 10-30 діб, однак містяться вони в сироватці крові протягом багатьох місяців і навіть років, що свідчить про безперервність процесу їх утворення. Імунізація білками, ліпосахаридними антигенами ентеробактерій у людини та кролика стимулює утворення IgG, а у морських свинок – ІgМ. На одну молекулу введеного антигена в організмі синтезується порівняно більша кількість антитіл. Так, на кожну молекулу введеного дифтерійного анатоксину протягом трьох тижнів синтезується більше мільйона молекул антитоксину.

Для кожного виду антигенів існує оптимальна доза, що здійснює найбільш інтенсивний стимулюючий вплив. Малі дози антигена індукують слабку відповідь або зовсім її не викликають. Надто великі кількості антигена інгібують відповідь, проявляючи токсичний або толерогенний вплив.

В утворенні антитіл розрізняють 4 фази (рис. 2).

1 – фаза спокою (лаг-фаза, фаза індукції) – з моменту поступання антигену в організм до початку експоненціального приросту антитіл. Цей період в залежності від характеру антигену може тривати від декількох годин до місяця.

2 – логарифмічна фаза (лог-фаза, продуктивна фаза) – від появи антитіл до моменту досягнення їх максимальної кі