Де-нол 

Главный комплекс гистосовместимости. главный комплекс гистосовместимости и его основные функциии. Строение главного комплекса гистосовместимости Что такое главный комплекс гистосовместимости

ГЕНЕТИКА ГЛАВНОГО КОМПЛЕКСА ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ

МНС (Major Histocompatibility Complex) - главный комплекс гистосовместимости - система генов, кодирующих антигены, определяющих функционирование иммунной системы

HLA (Human Leucocyte Antigen) - главный комплекс гистосовместимости человека

История открытия

Открытие МНС.

Нобелевская премия 1980 г.

Жан Доссе

Открыл первый антиген гистосовместимости человека (HLA)

Джордж Снелл

Открыл антигены гистосовместимости у мыши (комплекс Н-2)

Барух Бенацерраф

Открыл гены иммунного ответа (Ir-гены)

Функции МНС

  • · Распознавание «свой - чужой» - реакция отторжения трансплантата, РТПХ (реакция трансплантат против хозяина)
  • · Регуляция взаимодействий клеток иммунной системы - рестрикция вовлечения в иммунный ответ лимфоцитов, через презентацию АГ
  • · Регуляция силы иммунного ответа на антиген - гены иммунного ответа (Ir) - от англ. immune response

ХАРАКТЕРИСТИКИ МНС

Гены комплекса MHC (в отличие от генов TCR и Ig) не подвергаются рекомбинации.

Механизм их приспособления к вариабельности (неограниченному множеству потенциальных АГ) заключается в их генетическом полиморфизме, полигенности и кодоминантном типе наследования

ПОЛИМОРФИЗМ

Существование большого количества различных специфичностей HLA-генов в пределах каждого локуса. Гены отличаются между собой по нуклеотидным последовательностям, входящим в вариабельный участок ДНК

ПОЛИГЕННОСТЬ

Наличие нескольких неаллельных близкосцепленных генов, белковые продукты которых сходны в структурном отношении и выполняют идентичные функции

ПОЛИГЕННОСТЬ и ПОЛИМОРФИЗМ

Система HLA, включает гены

1 класса: А, В, С; 2 класса: DR, DP, DG

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ КАРТА МНС

Номер хромосомы человек - 6р 21.1-21.3

Гены MHC делятся на три группы.

Каждая группа включает гены, контролирующие синтез полипептидов одного из трех классов MHC

· MHC-I класс

Гены групп HLA-A, HLA-B и HLA-C кодируют молекулы MHC класса I.

· MHC-II класс

Гены групп HLA-DP, HLA-DQ и HLA-DR кодируют молекулы MHC класса II. гистосовместимость генетический полиморфизм вирусный

  • · MHC-III обозначает область между MHC-I и MHC-II, здесь картированы гены, кодирующие некоторые компоненты системы комплемента (C4a и C4b, С2, фактора В), цитокинов - (TNF-б и лимфотоксина), 21-гидроксилазы (фермента, участвующего в биосинтезе стероидных гормонов) и др.
  • · Неклассические гены не принадлежат ни к одному из классов MHC. Описано 6 таких генов в области расположения генов MHC-I (Е, F, G, Н, J, X), и 6 - в области MHC-II (DM, DO, CLIP, TAP, LMP, LNA)

НАСЛЕДОВАНИЕ МНС

Гены MHC кодоминантны, т.е. одновременно экспрессируются гены материнской и отцовской хромосом. Генов MHC-I по 3 (А, В, С) в каждой из гомологичных хромосом, генов MHC-II - также по 3 (DP, DQ, DR); следовательно, если у матери и отца нет одинаковых аллелей, то каждый человек имеет как минимум 12 различных основных аллелей каждого гена MHC классов I и II, вместе взятых.

Кодоминантность

Известно около 2000 аллельных генов.

Аллели HLA I класса - более 900

Аллели HLA II класса - более 600

Продукты генов МНС играют центральную роль в распознавании «свой-чужой» при иммунном реагировании

СТРОЕНИЕ

классических МНС

Класс I

Класс II

ЛОКУСЫ ЛОКУСЫ

А, В, С DP, DQ, DR

МНС I класса

Молекула I класса состоит из 2-х цепей. Тяжелой б-цепи и легкой в2-микроглобулина

б-цепь, включает три фрагмента: внеклеточный, трансмембранный и цитоплазматический.

Внеклеточный содержит 3 домена - б1, б2 и б3. Связывание антигенного пептида происходит в щели, образованной б1- и б2-доменами.

Экзонная организация генов, кодирующих б-цепь молекул I класса

  • 1 экзон, кодирующий сигнальный пептид,
  • 4 экзона, кодирующие 3 внешних и трансмембранный домены,
  • 2 экзона, кодирующие небольшой цитоплазматический домен

Экспрессия и функции МНС 1 класса

Экспрессия антигены представлены на всех клетках, тканях и органах, поэтому они являются главными трансплантационными антигенами.

  • · Реакция отторжения трансплантата;
  • · Рестрикция активности цитотоксических реакций Т-киллеров.

Презентация АГ

MHC-I «обслуживают» зону цитозоля, сообщающегося через ядерные поры с содержимым ядра. Здесь происходит фолдинг синтезированных белковых молекул.

При возникновении ошибок (в том числе и при синтезе вирусных белков) белковые продукты расщепляются в мультипротеазных комплексах (протеосомы). Образующиеся пептиды связываются с молекулами MHC-I, которые представляют T-лимфоцитам внутриклеточно образующиеся пептидные АГ. Поэтому CD8+ T-лимфоциты, которые распознают комплексы АГ с MHC-I, участвуют в первую очередь в защите от вирусных, а также внутриклеточных бактериальных инфекций

Этапы подготовки вирусных белков к взаимодействию с молекулами I класса главного комплекса гистосовместимости

I этап - разрушение вирусных белков, находящихся в цитозоле, с помощью протеазного комплекса - протеосомы.

II этап - транспорт образовавшихся пептидов во внутреннее пространство эндоплазматического ретикулума с помощью ТАР-1 и ТАР-2, образующих гетеродимер на эндоплазматической мембране.

III этап - встреча транспортируемых пептидов с молекулами I класса МНС. Взаимодействие пептида с молекулой I класса приводит к отсоединению калнексина. Образовавшийся комплекс пептид: молекула I класса готов к дальнейшему транспорту к плазматической мембране.

IV этап - комплекс через аппарат Гольджи транспортируется к клеточной поверхности, вирусный пептид в комплексе с молекулой I класса МНС становится доступным (иммуногенным) для его распознавания TCR

МНС II класса

Молекула II класса гетеродимер из двух нековалентно связанных цепей б и в, каждая из которых включает два домена: б1, б2 и в1, в2 (соответственно). Антигенсвязывающую областьобразуют б1- и в1-домены.

Экзонная организация генов, кодирующих б и в-цепи молекул II класса

  • 1 экзон кодирует лидерную последовательность.
  • 2 и 3 экзоны - первые (б-1 или в-1) и вторые (б-2 или в-2) внешние домены соответственно.
  • 4 экзон кодирует трансмембранный участок и часть цитоплазматического фрагмента.
  • 5 и 6 экзон - цитоплазматический «хвост»

Экспрессия и функции МНС II класса

Экспрессия антигены представлены на макрофагах, В-лимфоцитах и активированных Т-лимфоцитах.

Реакция трансплантат против хозяина

Рестрикция взаимодействий:

  • · Т-h1
  • · Т-h2

MHC-II. Зона «обслуживания» связана с внеклеточной средой и с клеточными органоидами (аппарат Гольджи, ЭПС, лизосомы, эндосомы и фагосомы).

Пептиды, образующиеся в данной зоне, имеют внеклеточное происхождение - это продукты протеолиза белков, захваченных клеткой посредством эндоцитоза или фагоцитоза. Молекулы MHC-II с помощью кальнексина экспонируются внутрь везикул (эндосом или фаголизосом) и только здесь, связавшись с пептидным АГ, принимают необходимую конформацию для дальнейшей экспрессии на мембране клетки.

Таким образом, молекулы MHC-II осуществляют представление АГ при развитии иммунных реакций на внеклеточные инфекции. Главную роль в этих реакциях играют CD4+ T-лимфоциты, распознающие АГ в комплексе с MHC-II. Этапы подготовки вирусных белков к взаимодействию с молекулами II класса главного комплекса гистосовместимости.

I этап - поглощение бактерий или их токсинов фагоцитирующей, способной к презентации антигена клеткой и разрушение захваченного материала до отдельных пептидов в фаголизосомах.

II этап - во внутреннем пространстве ЭПР происходит сборка молекул II класса, которые до встречи с пептидом комплексированы со с инвариантной цепью (Ii). Этот белок защищает молекулу II класса от случайной встречи с бактериальными пептидами в эндоплазматическом ретикулуме. Комплекс молекулы II класса с Ii покидает эндоплазматический ретикулум в составе вакуоли.

III этап - вакуоль, содержащая комплекс молекулы II класса с Ii, сливается с фаголизосомой. Протеазы разрушают Ii белок и снимают запрет на взаимодействие МНС II с бактериальными пептидами. Комплекс пептид + МНС II в составе секреторной вакуоли перемещается к мембране. Результат - экспрессия АГ пептида в комплексе с МНС II класса на клеточной поверхности.

Это обеспечивает доступность АГ пептида для TCR Т-клеток.

СРАВНЕНИЕ МНС I и II класса

Строение молекул HLA класса II принципиально сходно со строением молекул I класса, несмотря на различие в составе образующих их субъединиц.

ТМ - трансмембранный домен, ЦИТ - цитоплазматический домен, ВК - внеклеточный домен

Экспрессия на клеточной мембране

МНС формируется большой группой генов, расположенных на коротком плече хромосомы 6. На основе структурных и функциональных различий эти гены подразделяют на три класса, два из которых, класс I и класс II, относятся к генам HLA, первоначально обнаруженных благодаря их значению в пересадке тканей между неродственными индивидуумами.

Гены класса I и II кодируют поверхностные белки клеток, играющие определяющую роль в инициации иммунного ответа, особенно в «распознавании» антигена лимфоцитами, которые не могут реагировать на антиген, если он не образует комплекс с молекулой HLA на поверхности содержащей антиген клетки. Известно много сотен разных аллелей HLA класса I и И, и ежедневно обнаруживают новые аллели, что делает их наиболее полиморфными локусами в геноме человека.

Гены класса I (HLА-А, HLA-B и HLA-C) кодируют белки, выступающие неотъемлемой частью плазматической мембраны всех ядерных клеток. Белки класса I состоят из двух полипептидных субъединиц: вариабельной тяжелой цепи, кодируемой в пределах МНС, и неполиморфного полипептида, b2-микроглобулина, кодируемого геном, расположенным за пределами МНС и картированным на хромосоме 15. Производные от внутриклеточных белков пептиды образуются путем протеолитического расщепления большими многофункциональными протеазами; затем пептиды перемещаются на поверхность клетки и прикрепляются к молекулам класса I, формируя пептидный антиген для цитотоксических Т-клеток.

Регион класса II состоит из нескольких локусов, таких как HLA-DP, HLA-DQ и HLA-DR, кодирующих поверхностные белки клеточной оболочки. Каждая молекула класса II - гетеродимер, сформированный из а- и b-субъединиц, закодированных в МНС. Молекулы класса II представляют пептиды, производные от внеклеточных белков, которые захватываются лизосомами и перерабатываются в пептиды, узнаваемые Т-клетками.

В пределах МНС присутствуют локусы и других генов, но не имеющих функционального отношения к генам HLA класса I и II и не определяющих гистосовместимость или иммунные ответные реакции. Некоторые из этих генов, тем не менее, связаны с болезнями, например врожденной гиперплазией надпочечников, вызываемую недостаточностью 21-гидроксилазы, и гемохроматозом, болезнью печени, вызванной накоплением железа.

Аллели и гаплотипы главного комплекса гистосовместимости (HLA)

Система HLA сначала может показаться запутанной, поскольку номенклатура, используемая для определения и описания разных аллелей HLA, подвергалась фундаментальным изменениям по мере распространения секвенирования ДНК МНС. Согласно более старой, традиционной системе номенклатуры HLA, разные аллели отличались друг от друга серологически. Индивидуальные типы HLA определялись тем, как панель различных антисывороток или чувствительных лимфоцитов реагирует на клетки.

Антисыворотки и клетки получали от сотен беременных, развивших иммунный ответ против отцовских антигенов I и II типа, экспремируемых плодами в ходе беременности. Если клетки от двух не связанных родственными отношения индивидуумов вызывали ту же реакцию при внесении в панель антител и клеток, считали, что они имеют те же типы и аллели HLA, обозначаемые их номером, например В27 в локусе HLA-B класса I или DR3 в локусе DR класса II.

Тем не менее после идентификации и секвенирования генов, ответственных за кодирование цепей МНС класса I и класса II, отдельные первоначально определенные серологически аллели HLA даже в пределах одного серологического аллеля оказались состоящими из многочисленных аллелей, определяемых различными вариантами последовательности ДНК. 100 серологически определяемых типов HLA-A, В, С, DR, DQ и DP теперь включают более 1300 аллелей, определяемых на уровне последовательности ДНК.

Например, в гене HLA-B , прежде определявшемся серологической реакцией как единый аллель В27, обнаружено более 24 различных вариантов последовательности нуклеиновых кислот. Большинство, хотя и не все, варианты ДНК представляют изменение кодона триплета и, следовательно, аминокислоты в пептиде, кодируемом этим аллелем. Каждый аллель, изменяющий аминокислоту в пептиде HLA-B, получает свой дополнительный последовательный номер, например аллель1, 2, и так далее в группе аллелей, соответствующих ранее единственному аллелю В27, и теперь называется HLA-B*2701, HLA-B*2702 и так далее.

Набор аллелей HLA в различных локусах класса I и II в данной хромосоме формирует гаплотип. Аллели кодоминантны; каждый из родителей имеет два гаплотипа и экспрессирует их оба. Эти локусы располагаются достаточно близко друг к другу, так что в конкретной семье гаплотип может передаваться ребенку как единый блок. В результате родитель и ребенок имеют общий гаплотип, а шанс, что два сибса унаследуют один гаплотип HLA, равен 25%.

Поскольку приживление пересаженных тканей в основном согласуется со степенью сходства между HLA гаплотипами донора и реципиента (и группы крови АВО), лучший донор костного мозга или органа - АВО-совместимый и HLA-идентичный сибс реципиента.

В любой этнической группе некоторые аллели HLA обнаруживаются часто, а другие - редко или никогда. Аналогично некоторые гаплотипы встречаются чаще, чем ожидалось, тогда как другие - исключительно редко или не встречаются вовсе. Например, большинство из Зх107 теоретически возможных комбинаций аллелей в гаплотипе в белой популяции никогда не встречаются. Это ограничение в разнообразии гаплотипов в популяции, возможно, вызвано ситуацией, получившей название неравновесного сцепления и может объясняться сложным взаимодействием множества факторов.

Эти факторы включают низкие показатели мейотической рекомбинации из-за небольшого расстояния между локусами HLA; влияние окружающей среды, обеспечивающее положительный отбор для конкретных комбинаций аллелей HLA, формирующих гаплотип; и исторические факторы, например, как давно образовалась популяция, число основателей и интенсивность происходившей иммиграции (см. далее в этой главе).

Между популяциями также существуют значительные различия в частоте аллелей и гаплотипов. То, что бывает частым аллелем или гаплотипом в одной популяции, может оказаться очень редким в другой. Различия в распределении и частоте аллелей и гаплотипов в пределах МНС - результат сложного взаимодействия генетических, средовых и исторических факторов в каждой конкретной популяции.

Методом хромосомной гибридизации установлено, что система МНС локализуется на коротком плече 6 аутосомной хромосомы человека, а у мышей – на 17 хромосоме.

Рис. 1. Схематическое изображение хромосомы 6.

Главный комплекс гистосовместимости занимает значительный участок ДНК, включающий до 4*106 пар оснований или около 50 генов. Основной особенностью комплекса является значительная полигенность (наличие нескольких неаллельных близкосцепленных генов, белковые продукты которых сходны в структурном отношении и выполняют идентичные функции) и ярковыраженный полиморфизм - присутствие многих аллельных форм одного и того же гена. Все гены комплекса наследуются по кодоминантному типу.

Полигенность и полиморфизм (структурная вариабельность) определяют антигенную индивидуальность особей данного вида.

Все гены MHC делятся на три группы. Каждая группа включает гены, контролирующие синтез полипептидов одного из трех классов MHC (I, II и III) (рис. 3.5). Между молекулами первых двух классов имеются выраженные структурные различия, но при этом по общему плану строения все они однотипны. В то же время между продуктами генов класса III, с одной стороны, и классов I и II, с другой стороны, не найдено никакого функционального или структурного сходства. Группа из более чем 20 генов класса III вообще функционально обособлена - некоторые из этих генов кодируют, например, белки системы комплемента (C4 , C2 , фактор B) или молекулы, участвующие в процессинге антигена.

Область локализации генов, кодирующих комплекс молекул MHC мыши, обозначается как H-2 , для человека - HLA .

HLA-A , HLA-B и HLA-С - локусы хромосомы, гены которых контролируют синтез "классических" молекул (антигенов) I класса MHC человека и кодируют тяжелую цепь (альфа-цепь). Область этих локусов занимает участок длиной более 1500 т.п.н.

Синтез молекул (антигенов) II класса MHC человека контролируют гены области HLA-D , которые кодируют не менее шести вариантов альфа- и десяти вариантов бета-цепей (рис.3.5). Эти гены занимают три локуса HLA-DP , HLA-DQ и HLA-DR . К продуктам их экспрессии относится большинство молекул II класса.

Кроме того, к области HLA-D относятся гены HLA-LMP и HLA-TAP . Низкомолекулярные белки, контролируемые этими генами, принимают участие в подготовке чужеродного антигена к презентации Т-клеткам.

Гены локусов человека HLA-A , HLA-B и HLA-С кодируют тяжелую цепь (альфа-цепь) "классических" молекул I класса MHC. Кроме того, найдены многочисленные дополнительные гены вне этих локусов, кодирующие "неклассические" молекулы MHC класса I и расположенные в таких локусах HLA , как HLA-X HLA-F, HLA-E, HLA-J, HLA-H, HLA-G, HLA-F.

Молекулы главного комплекса гистосовместимости.

Методами рентгеноструктурного анализа выяснена пространственная организация молекул MHC:

Молекулы MHC класса I (аллельные варианты HLA: HLA-A , HLA-B , HLA-С) экспрессируются на клеточной поверхности и представляют собой гетеродимер, состоящий из одной тяжелой альфа-цепи (45 кДа), нековалентно связанной с однодоменным бета2-микроглобулином (12 кДа), который встречается также в свободной форме в сыворотке крови их называют классическими трансплатационными антигенами.

Тяжелая цепь состоит из внеклеточной части (образующей три домена: альфа1-, альфа2- и альфа3-домены), трансмембранного сегмента и цитоплазматического хвостового домена. Каждый внеклеточный домен содержит примерно 90 аминокислотных остатков, и все их вместе можно отделить от клеточной поверхности путем обработки папаином.

В альфа2- и альфа3-доменах имеется по одной внутрицепочечной дисульфидной связи, замыкающей в петлю 63 и 68 аминокислотных остатков, соответственно.

Домен альфа3 гомологичен по аминокислотной последовательности C-доменам иммуноглобулинов, и конформация альфа3-домена напоминает складчатую структуру доменов иммуноглобулинов.

Бета2-микроглобулин (бета2-m) необходим для экспрессии всех молекул MHC класса I и имеет неизменную последовательность, но у мыши встречается в двух формах, различающихся заменой одной аминокислоты в позиции 85. По структуре этот белок соответствует C-домену иммуноглобулинов. Бета2-микроглобулин способен также нековалентно взаимодействовать с неклассическими молекулами класса I , например, с продуктами генов CD1 .

В зависимости от вида и гаплотипа внеклеточная часть тяжелых цепей MHC класса I в разной степени гликозилирована.

Трансмембранный сегмент MHC I класса состоит из 25 преимущественно гидрофобных аминокислотных остатков и пронизывает липидный бислой, вероятнее всего, в альфа-спиральной конформации.

Основное свойство молекул I класса - связывание пептидов (антигенов) и представление их в иммуногенной форме для Т-клеток - зависит от доменов альфа1 и альфа2. Эти домены имеют значительные альфа- спиральные участки, которые при взаимодействии между собой образуют удлиненную полость (щель), служащую местом связывания процессированного антигена. Образовавшийся комплекс антигена с альфа1- и альфа2-доменами и определяет его иммуногенность и возможность взаимодействовать с антигенраспознающими рецепторами Т-клеток.

К классу I относятся антигены A , антигены AB и антигены AC .

Антигены класса I присутствуют на поверхности всех ядросодержащих клеток и тромбоцитов.

Молекулы MHC класса II являются гетеродимерами, построенными из нековалентно сцепленных тяжелой альфа- и легкой бета-цепей.

Ряд фактов указывает на близкое сходство альфа- и бета-цепей по общему строению. Внеклеточная часть каждой из цепей свернута в два домена (альфа1, альфа2 и бета1, бета2, соответственно) и соединена коротким пептидом с трансмембранным сегментом (длиной примерно 30 аминокислотных остатков). Трансмембранный сегмент переходит в цитоплазматический домен, содержащий примерно 10-15 остатков.

Антигенсвязывающая область молекул MHC класса II формируется альфа-спиральными участками взаимодействующих цепей подобно молекулам I класса, но при одном существенном отличии: антигенсвязывающая полость молекул MHC класса II формируется не двумя доменами одной альфа-цепи, а двумя доменами разных цепей - доменами альфа1 и бета1.

Общее структурное сходство между двумя классами молекул MHC очевидно. Это - однотипность пространственной организации всей молекулы, количество доменов (четыре), конформационное строение антигенсвязывающего участка.

В структуре молекул II класса антигенсвязывающая полость открыта больше, чем у молекул I класса, поэтому в ней могут поместиться более длинные пептиды.

Важнейшая функция антигенов MHC (HLA) класса II - обеспечение взаимодействия между Т-лимфоцитами и макрофагами в процессе иммунного ответа. Т-хелперы распознают чужеродный антиген лишь после его переработки макрофагами, соединения с антигенами HLA класса II и появления этого комплекса на поверхности макрофага.

Антигены класса II присутствуют на поверхности В-лимфоцитов, активированных Т-лимфоцитов, моноцитов, макрофагов и дендритных клеток.

Гены MHC класса II кодируют связанные с мембраной трансмембранные пептиды (гликопротеины). Молекулы антигенов гистосовместимости класса II (DR , DP , DQ) также как и класса I являются гетеродимерными белками, состоящими из тяжелой альфа-цепи (33 кДа) и легкой бета-цепи (26 кДа), кодируемые генами HLA -комплекса. Обе цепи формируют по два домена: альфа1 и альфа2, а также бета1 и бета2.

Продукты MHC класса II ассоциированы, главным образом, с B- лимфоцитами и макрофагами и служат распознаваемыми структурами для T- хелперов.

Гены MHC класса III, расположенные в пределах группы генов MHC или тесно сцепленные с ней, контролируют некоторые компоненты комплемента: C4 и C2 , а также фактор B , находящиеся скорее в плазме крови, чем на поверхности клеток. И в отличие от молекул MHC классаI и класса II не не участвуют в контроле иммунного ответа.

Термин MHC класса IV употребляется для описания некоторых локусов, сцепленных с MHC.

Изучение экспрессии молекул I и II классов MHC на различных типах клеток выявило более широкое тканевое распространение молекул I класса в сравнении с молекулами II класса. Если молекулы I класса экспрессируются практически на всех изученных клетках, то молекулы II класса экспрессируются, в основном, на иммунокомпетентных клетках или клетках, принимающих относительно неспецифическое участие в формировании иммунного ответа, таких, как клетки эпителия.

В табл. 1 представлены данные о характере тканевого распределения молекул МНС у мышей и человека.

табл. 1 Тканевое распределение молекул I и II классов МНС у мышей и человека

Тип клеток

Н-2 коплекс мышей

HLA комплекс человека

Класс I

Класс II

Класс I

Класс II

Тимоциты

Макрофаги

Гранулоциты

Ретикулоциты

Эритроциты

Тромбоциты

Фибробласты

Эпителиальные клетки

Эпидермальные клетки

Сердечная мышца

Скелетная мышца

Плацента

Сперматозоиды

Яйцеклетки

Трофобласт

Бластоциты

Эмбриональная ткань

Представительство молекул I класса почти на всех типах клеток коррелирует с доминирующей ролью этих молекул в отторжении аллогенного трансплантата. Молекулы II класса менее активны в процессе тканевого отторжения. Сравнительные данные о степени участия молекул I и II классов MHC в некоторых иммунных реакциях демонстрируют, что некоторые свойства МНС в большей степени связаны с одним из классов, тогда как другие являются характерной особенностью обоих классов(табл. 2)

Табл. 2 Участие молекул I и II классов МНС в некоторых иммунных реакциях

ГЛАВНЫЙ КОМПЛЕКС ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ (ГКГ), комплекс генов, кодирующих белки, ответственные за представление (презентацию) антигенов (смотри Антигенпредставляющие клетки) Т-лимфоцитам при иммунном ответе. Первоначально продукты этих генов были идентифицированы как антигены, обусловливающие совместимость тканей, что и определило название комплекса (от английского major histocompatibility complex). У человека антигены ГКГ (и сам комплекс) называются HLA (от английского human leukocyte antigens), так как изначально они были обнаружены на лейкоцитах. Комплекс HLA локализуется в 6-й хромосоме и включает более 200 генов, разделённых на 3 класса. Деление на классы обусловлено особенностями структуры кодируемых ими белков и характером вызываемых иммунных процессов. Среди генов первых двух классов имеются так называемые классические гены, для которых характерен чрезвычайно высокий полиморфизм: каждый ген представлен сотнями аллельных форм. К классическим генам ГКГ человека относятся HLA-гены А, В, С (класс I), гены DR, DP и DQ (класс II). Гены ГКГ класса III кодируют белки, не имеющие отношения к гистосовместимости и презентации антигена. Они контролируют образование факторов системы комплемента, некоторых цитокинов, белков теплового шока.

Конечные продукты генов ГКГ представлены гликопротеинами, которые встраиваются в мембрану клеток. Гликопротеины ГКГ класса I присутствуют в клеточных мембранах практически всех ядросодержащих клеток, а гликопротеины класса II - только в антигенпрезентирующих клетках (дендритные клетки, макрофаги, В-лимфоциты, некоторые активированные клетки). В процессе образования гликопротеинов ГКГ класса I в их состав встраиваются образующиеся в ходе протеолиза фрагменты внутриклеточных белков, а в случае класса II - белков межклеточного пространства, поглощаемых клеткой. Среди них могут оказаться компоненты патогенных микроорганизмов. В составе гликопротеинов ГКГ они выносятся на поверхность клетки и распознаются Т-лимфоцитами. Этот процесс называется презентацией антигена: чужеродные антигенные пептиды представляются цитотоксическими Т-клеткам в составе гликопротеинов ГКГ класса I, Т-хелперам - в составе гликопротеинов ГКГ класса II.

Продукты различных аллельных форм генов ГКГ отличаются по сродству к различным пептидам. От того, какие аллели генов ГКГ присутствуют в данном организме, зависит эффективность защиты от того или иного патогена. Она определяется связыванием чужеродных пептидов с гликопротеинами ГКГ класса II, так как их презентация Т-хелперам лежит в основе всех форм иммунного ответа. В связи с этим гены ГКГ класса II рассматриваются в качестве генов иммунного ответа (генов Ir).

В определённых ситуациях иммунный ответ может быть вызван в результате презентации пептидных фрагментов собственных белков организма в составе молекул ГКГ класса II. Следствием этого может быть развитие аутоиммунных процессов, которое, таким образом, также находится под контролем генов ГКГ класса II.

Определение классических генов ГКГ (ДНК-типирование) осуществляется с помощью полимеразной цепной реакции при пересадке органов и тканей (для подбора совместимых пар донор - реципиент), в судебно-медицинской практике (для отрицания отцовства, идентификации преступников и жертв), а также в геногеографических исследованиях (для изучения родственных связей и миграции народов и этносов). Смотри также Иммунитет.

Лит.: Ярилин А. А. Основы иммунологии. М., 1999; Devitt Н. О. Discovering the role of the major histocompatibility complex in the immune response // Annual Review of Immunology. 2000. Vol. 18; Хаитов Р. М., Алексеев Л. П. Физиологическая роль главного комплекса гистосовместимости человека // Иммунология. 2001. №3.

2661 0

Согласно условиям формирования иммунологического ответа на антигены различной природы его развитие, как отмечено выше, сопровождается обязательной экспрессией молекул главного комплекса гистосовместимости (ГКГ) .

Система ГКГ обеспечивает регуляцию всех форм иммунологического ответа, начиная от распознавания, и в конечном итоге - общий контроль за иммунологическим гомеостазом.

Такой практически универсальный контроль за состоянием системы иммунитета обосновывается особенностями структурной организации системы ГКГ.

Успешное развитие молекулярной биологии и генетики способствовало получению новых данных и пониманию структуры ГКГ, изучение которой началось почти 50 лет назад. Результаты исследования системы главного комплекса гистосовместимости отражены в большом количестве монографий, обзоров, статей. Поэтому далее рассматриваются лишь те основные представления о системе ГКГ, которые необходимы для понимания сущности процесса распознавания опухолевых антигенов .

Известны две основные группы антигенов ГКГ - I и II классов, подавляющее большинство молекул которых могут участвовать в презентации антигена. При выраженных различиях в структуре, особенностях, функциях, генетической организации, локализации в клетке, перераспределении в тканях различных молекул I и II классов главного комплекса гистосовместимости они рассматриваются как своеобразный рецептор для пептидов антигенов различной природы, включая опухолевые.

Антигены первого класса главного комплекса гистосовместимости

Антигены I класса ГКГ в норме экспрессируются практически всеми ядросодержащими клетками (исключение составляют клетки ранних стадий эмбрионального развития). Антигены ГКГ представляют собой универсальные структуры, количество которых колеблется в зависимости от вида ткани и достигает максимума на мембране лимфоцитов всех лимфоидных тканей (лимфатических узлов, селезенки), а также в периферической крови.

Значительно ниже уровень экспрессии антигенов I класса главного комплекса гистосовместимости в клетках печени, почек и эндокринных органов. Особенности тканей и их функциональное состояние, возможность развития той или иной патологии также влияют на уровень экспрессии антигенов I класса ГКГ. Клетки, лишенные антигенов ГКГ, считаются мутантными. Беспрецедентный полиморфизм антигенов главного комплекса гистосовместимости внутри вида обеспечивает уникальность и неповторимость антигенной структуры отдельных индивидуумов одного и того же вида; контроль за этим полиморфизмом осуществляют гены ГКГ.

Необходимо также учитывать, что исходно в нормальных тканях уровень экспрессии антигенов ГКГ I класса различен и зависит от локализации и особенностей тех или иных клеток. Например, на клетках эпителия кишечника, гортани, молочной железы, легких уровень экспрессии антигенов I класса главного комплекса гистосовместимости обычно высокий, на клетках скелетных мышц и слизистой желудка - невысокий, а на клетках центральной нервной системы эти антигены практически не выявляются.

Гетерогенность клеточного состава тех или иных органов или тканей, в свою очередь, определяет и возможные различия в экспрессии антигенов I класса ГКГ различными клетками. Важную роль в этом играют особенности микроокружения, в частности продукция цитокинов, которые по-разному влияют на экспрессию антигенов I класса ГКГ.

Молекулы антигенов I класса ГКГ представлены различными локусами: А, В, С - классические молекулы с выраженным полиморфизмом, а также локусы G, Е и F, известные как неклассические молекулы антигенов I класса главного комплекса гистосовместимости; к неклассическим молекулам относятся и CDId. И классические молекулы антигенов ГКГ I класса, и неклассические антигены локуса G могут находиться в растворимой форме - sHLA-A, sHLA-B, sHLA-C, а также sHLA-G.

Основные структурные особенности антигенов I класса ГКГ таковы. Молекула антигенов этого класса представляет собой интегральный мембранный гликопротеин (гетеродимер с молекулярной массой 45 кД) и состоит из тяжелой ос-цепи, в состав которой входят а1-, а2- и аЗ-домены. Домены а1 и а2 могут непосредственно связываться с опухолевыми пептидами, в то время как а3-домен содержит неполиморфный регион - лиганд для цитотоксических Т-клеток, который взаимодействует с рецептором СD8+-лимфоцитов и гомологичен контактному участку Ig.

Функционирование молекул I класса ГКГ во многом связано с в2-микроглобулином (в2m) , который играет важную роль в особенностях а-цепи и представляет собой растворимую легкую цепь. В литературе все чаще появляются сообщения, авторы которых пытаются найти связь между экспрессией антигенов I класса ГКГ и геном в2m.

Полученные данные разноречивы. Тем не менее постановка этого вопроса имеет серьезное обоснование, базирующееся на таких двух убедительных фактах. Первый - независимо от того, можно ли в настоящее время утверждать наличие связи между снижением экспрессии главного комплекса гистосовместимости и в2m, показано, что опухолевые пептиды могут непосредственно связываться с в2m, образуя комплекс с тяжелой цепью молекулы антигена ГКГ I класса.

В частности, такой способностью обладает HLA-A2-peстриктированный эпитоп, связывающийся с N-концами в2m, который затем распознается цитотоксическими лимфоцитами (ЦТЛ) . Второй - аномалии в экспрессии в2m часто сочетаются с резистентностью к действию ЦТЛ.

Что касается выявления каких-либо корреляций между экспрессией антигенов I класса ГКГ и в2m, то, как уже указывалось, эти данные неоднородны. Исследование большого числа различных опухолей (меланома, рак кишечника, носоглотки и др.) показало, что в подавляющем количестве наблюдений экспрессия антигенов I класса ГКГ уменьшалась.

В одних случаях это сочеталось с мутацией гена в2m, а в других - нет. Из этого следует, что авторы приведенных данных не рассматривают соматические мутации гена в2m как главный механизм снижения уровня антигенов I класса главного комплекса гистосовместимости.

В противоположность такой точке зрения при изучении экспрессии антигенов I класса ГКГ (А, В, С) параллельно с геном в2m другие авторы показали, что уменьшение экспрессии указанных антигенов при первичных карциномах рака молочной железы в 40 % случаев сочеталось и со снижением экспрессии гена в2m по сравнению с этим показателем для нормальных тканей.

Лишь в 12 % появление в2m было сравнимо с нормой; снижение экспрессии в2m не сопровождалось дефектами гена в2m. Исследование молекулярных механизмов уменьшения экспрессии антигенов I класса ГКГ дало основание для заключения, что такое снижение представляет собой феномен, который происходит главным образом на посттранскрипционном уровне и может влиять на экспрессию гена в2m.

Более однозначную трактовку наличия в2m высказывают другие авторы. Так, показано, что в значительном количестве клеток различных линий злокачественных опухолей, включая меланому, рак почки и другие, резко снижен уровень экспрессии антигенов I класса ГКГ и параллельно экспрессия в2m либо ослаблена, либо этот микроглобулин вообще не экспрессируется.

Наконец, нельзя не отметить и данные, согласно которым отсутствие экспрессии или невысокий уровень в2m у мышей некоторых линий сочетается с дефектом созревания СD4-СD8+Т-лимфоцитов, экспрессирующих TCR и дефектом цитотоксичности Т-лимфоцитов. Из этих данных следует, что экспрессия молекул I класса главного комплекса гистосовместимости играет ключевую роль в положительной селекции Т-клеток, в частности тех из них, которые в период тимического созревания экспрессируют а- и в-цепи TCR.

Несмотря на указанную противоречивость данных, изучение в2m, его исследование при карциноме носоглотки показало достоверное повышение уровня этого белка с различиями на отдельных этапах процесса, при распространении опухоли и метастазах. Повышение уровня в2m наиболее часто наблюдалось при низкодифференцированных формах этой опухоли, однако, по мнению авторов исследований, диагностическая значимость этого маркера низкая.

Приведенные данные, несмотря на их некоторую разноречивость, свидетельствуют о том, что экспрессия в2m в злокачественно трансформированных клетках в значительном количестве случаев ассоциируется с дефектами распознавания и снижением цитотоксичности, что объясняет заслуженный интерес к изучению роли в2m в процессе распознавания опухолевых антигенов.

Весьма вероятно, что дальнейшие исследования в этом направлении могут послужить базой не только для прогнозирования течения опухолевого процесса, но и для подходов к регуляции индукции иммунологического ответа. Схематически структура классических антигенов I класса ГКГ представлена на рис. 4.

Рис. 4. Схематическая структура антигенов гистосовместимости I класса

Стремление к выяснению механизмов снижения экспрессии антигенов I класса ГКГ не ограничивается поисками связи с мутациями гена в2m. В частности, показано, что это может быть обусловлено потерей гетерозиготности (loss of heterozigosity - LOH) на 6p21 хромосоме.

Этот механизм приводит к необратимому снижению уровня HLA-гаплотипа в различных опухолях и, несмотря на недостаточную изученность, может быть серьезным препятствием для терапевтического эффекта при иммунизации опухолевыми антигенами. Уменьшение гетерозиготности было обнаружено в образцах, полученных из опухолей носоглотки, кишечника, меланомы, что позволило авторам на основании большого исследованного материала разделить опухоли на LOH-негативные и LOH-позитивные для выявления больных, которых можно рассматривать как перспективных для иммунотерапии.

Белки-транспортеры

Для реализации процесса распознавания антигены I класса ГКГ в комплексе с опухолевыми пептидами должны быть доставлены на поверхность опухолевой клетки. Транспорт этого комплекса, как правило, может быть осуществлен только при наличии белков-транспортеров - ТАР (transporter antigene proteines).

ТАР представляет собой гетеродимер, относящийся к субсемейству трансмембранных транспортеров, синтезируется в цитозоле, где связан с комплексом, включающим и а-цепи главного комплекса гистосовместимости, опухолевого пептида, в2m и транспортирует этот комплекс в эндоплазматический ретикулум, где и происходит процессинг. В настоящее время известны две субъединицы этого белка - ТАР-1 и ТАР-2.

Значение ТАР-1 и ТАР-2 в процессе распознавания не ограничивается транспортом указанного комплекса, так как наряду с этим они обеспечивают и организацию молекул ГКГ. Регуляция активности белков-транспортеров осуществляется факторами PSF1 и PSF2 (peptide suppy factors).

Молекула ГКГ I класса взаимодействует с белком-транспортером благодаря молекуле, известной как тапазин, которая кодируется геном, связанным с ГКГ. Экспрессия тапазина в ряде случаев может корректировать дефекты распознавания ЦТЛ, что свидетельствует о важной роли этого белка в HLA-l-рестриктированном распознавании.

Образовавшийся в последующем указанный выше тример из цитозоля через аппарат Гольджи транспортируется на поверхность опухолевой клетки и презентирует соответствующие эпитопы рецепторам СD8+Т-лимфоцитов. Рис. 5 иллюстрирует участие транспортных белков в перемещении комплекса антигены главного комплекса гистосовместимости - антигены опухоли.


Рис. 5. Участие транспортных белков в перемещении комплекса антигены ГКГ- антигены опухоли:
ТАР - белки-транспортеры опухолевых пептидов, TCR - рецептор Т-лимфоцитов

В плане общих представлений о функционировании ТАР имеют значение также данные, полученные в последнее время при исследовании клеток меланомы. Из них следует, что появление точечных мутаций в генах, кодирующих антигены I класса ГКГ нарушает транспортную способность ТАР, что может препятствовать распознаванию цитотоксическими лимфоцитами и рассматривается как еще одна причина ускользания опухоли из-под иммунологического контроля.

Эффективность презентации антигенов в комплексе с молекулами I класса ГКГ ЦТЛ зависит не только от наличия экспрессии ТАР, но и от их функциональной активности. Молекулярные механизмы нарушения функциональной активности ТАР изучены недостаточно. Однако в настоящее время уже есть сведения о некоторых механизмах нарушения экспрессии и функциональной активности ТАР.

Предполагается, что такие нарушения могут быть обусловлены транслокацией и точечными мутациями в генах, кодирующих эти белки, что ведет к потере способности клетки презентировать антигены I класса главного комплекса гистосовместимости. Поэтому есть все основания полагать, что дефект этой системы можно считать одним из центральных в изменении экспрессии антигенов I класса ГКГ.

Подтверждением этому служат результаты исследования клеток линии немелкоклеточной карциномы легкого, когда точечные мутации, сочетающиеся с нарушениями функции ТАР, были обнаружены в аденозинтрифосфатсвязывающем участке этого белка. Не исключается также возможность наличия ингибиторов активности ТАР.

Последнее предположение основано на том, что белок простого вируса герпеса ICP47 блокирует траспорт ТАР. В этой связи нельзя исключить и существование других ингибиторов активности ТАР как вирусного, так и другого происхождения.

Следует обратить внимание также на неодинаковую степень значимости экспрессии ТАР в клетках высоко- и низкоиммуногенных опухолей. Так, изучение презентации пептидов вирусиндуцированных опухолей мышей линии С57В1/6 показало, что эффективность презентации пептида слабоиммуногенными опухолями четко зависит от экспрессии ТАР, в то время как выраженной зависимости от презентации пептидов высокоиммуногенными опухолями не прослеживается.

Факт ТАР-независимого распознавания нуждался в объяснении, возможность которого появилась лишь в самое последнее время благодаря работам Т. Fiedler и сотрудников.

Им удалось получить данные, согласно которым в случаях дефекта ТАР презентация опухолевых антигенов с участием молекул CDld остается неизмененной. В связи с этими данными авторы считают возможным рассматривать презентацию с участием CDld как дополнительный механизм распознавания.

Стали известны и молекулярные механизмы снижения функциональной активности ТАР человека и мышей, выявлены также структуры, которые обеспечивают активность этих белков-транспортеров. В частности, при изучении аминокислотной последовательности ТАР было установлено, что наличие глютаминовой кислоты в позиции 263 (Glu-263) обеспечивает их транспортную функцию.

Снижение функциональной активности может быть также связано с нарушением стабильности гена мРНК, ответственного за презентацию антигена, что нередко сочетается и с уменьшением экспрессии антигенов I класса ГКГ.

Изменение функциональной активности транспортных белков может приводить к нарушению процессинга антигенов. Об этом свидетельствует недавно установленный факт, полученный при исследовании карциномы почки; степень выраженности таких дефектов в клетках отдельных линий карциномы почки отличалась большой вариабельностью.

Важно отметить, что частота обнаружения дефектов ТАР в различных опухолях неодинакова. Если они достаточно часто выявляются при меланомах, карциноме почки, то при раке легкого и карциномах кишечника снижение активности ТАР либо не наблюдалось, либо было слабо выраженным.

Данные о неодинаковом уровне повреждений функциональной активности ТАР в различных опухолях представляются важными не только потому, что еще раз иллюстрируют биологические особенности опухолевых клеток, но и ориентируют на поиск механизмов, повреждение которых также может способствовать нарушению представления опухолевых антигенов.

Важная роль экспрессии ТАР и должный уровень их функциональной активности для процесса распознавания опухолевых антигенов делает понятным, почему недостаточность этих транспортных белков очень существенно влияет на индукцию иммунологического ответа на данные антигены.

Уже появились сведения о том, что снижение уровня экспрессии ТАР может быть использовано и для оценки клинических особенностей течения опухолевого процесса, в частности его прогноза. Такие данные, например, были получены при изучении клеток меланомы, когда было отмечено, что прогрессирующее течение меланомы и ускользание ее от распознавания ЦТЛ сочеталось со снижением уровня экспрессии ТАР.

Параллельные исследования ТАР-1, ТАР-2, LMP-2, LMP-7, антигенов I класса ГКГ и в2m показали, что не только изменения ТАР-1, а, возможно, и ТАР-2, могут быть независимыми прогностическими маркерами при росте первичных меланом.

Белки вируса Эпштейна-Барр

Наряду с белками-транспортерами - важными компонентами распознавания большое значение имеет еще одна группа белков вирусного происхождения. Речь идет о белках вируса Эпштейна-Барр - LMP (large multifunctional protease), которые принадлежат к новому классу регуляторов и представляют собой субъединицу 20S протеосомы. В настоящее время известны несколько субъединиц этого белка - LMP-1, LMP-2A, LMP-2B, LMP-7, LMP-10 с различной молекулярной массой; идентифицированы 9 генов, кодирующих эти белки.

Экспрессия белков LMP выявлена в различных опухолях: назофарингальной карциноме, раке желудка и других злокачественных опухолях эпителиального происхождения, лимфогранулематозе, лимфоме Беркитта и др. Имеются наблюдения, что LMP-2 чаще других белков этого семейства, например LMP-7, экспрессируются клетками как первичных опухолей, так и метастазов.

Понимание роли LMP следует из особенностей тех процессов, в которых они участвуют. В этом плане достаточно изучены субъединицы LMP-2A и LMP-2B, которые имеют сходную молекулярную организацию. Белок LMP-2A связан с тирозиновыми киназами семейства src и является для них субстратом, а тирозинфосфорилирование LMP-2A индуцирует процесс адгезии к белку экстрацеллюлярного матрикса - ЕСМ (extra cellular matrix).

Наряду с перечисленными белками, участие которых обязательно практически во всех случаях распознавания, в этом процессе могут принимать участие и другие белки - MECL-1, РА28-а, РА28-в, тапазин и др., которые регулируются генами, сцепленными с генами, контролируюшими презентацию антигена.

Исходя из этого постулируется, что HLA-I-дефицитный фенотип опухоли, например меланомы, связан с уменьшением количества множества компонентов, среди которых прежде всего следует отметить ТАР, LMP, РА28-а или РА28-в, в то время как экспрессия других компонентов, таких, как калретикулин, ER60, белок дисульфидизомераза, калнексин либо вообще не изменена, либо снижена.

Дефекты ТАР и LMP чаще наблюдаются в клетках метастазов, чем первичных опухолей, что может быть обусловлено большей генетической нестабильностью этих клеток. В результате создаются условия для селекции клона опухолевых клеток, способных ускользать от распознавания, рестриктированного молекулами I класса главного комплекса гистосовместимости.

Исследование молекулярных механизмов процесса распознавания не ограничивается пониманием его сущности. Так, при изучении меланомы получены данные, согласно которым определение ТАР и LMP может иметь и клиническое значение.

Результаты параллельного исследования LMP-2, LMP-7, ТАР-1, ТАР-2, антигенов I класса ГКГ и в2m в клетках меланомы различной плотности свидетельствуют о том, что:

1) экспрессия указанных маркеров не коррелировала с плотностью опухоли;
2) уменьшение количества LMP и ТАР во многих случаях сочеталось с ослаблением экспрессии молекул ГКГ;
3) снижение уровня экспрессии ТАР-1 и ТАР-2 коррелировало с наличием метастазов.

Еще одним примером неблагоприятного сочетания снижения уровня экспрессии молекул ГКГ, белков-транспортеров и опухолевых антигенов служат следующие данные. Оказалось, что уменьшение экспрессии антигена меланомы MART-1/Melan-A, ТАР и молекул главного комплекса гистосовместимости I класса в клетках больных меланомой приводило в последующем к летальному исходу; иммунотерапия была неэффективной. Это объясняет, почему в настоящее время предпринимаются попытки использования результатов определения экспрессии белков ТАР и LMP в клинике.

Однако несмотря на бесспорную значимость белков ТАР и LM Р в процессе распознавания, имеются наблюдения, которые иллюстрируют возможность исключений. Как неоднократно отмечалось, снижение экспрессии ТАР, как правило, связано с уменьшением экспрессии антигенов I класса ГКГ.

Наряду с этим известны случаи, когда такой параллелизм отсутствует, что подтверждают результаты изучения клеток двух линий карциномы носоглотки человека. В клетках обеих линий уменьшалась экспрессия LMP-2, ТАР-1, ТАР-2, LMP-7, молекул аллелей HLA-B.

В клетках одной из линий - HSC5, несмотря на выраженное снижение уровня ТАР отмечена экспрессия молекул HLA-A2, что свидетельствует о возможности транспортировки антигенов ГКГ без участия ТАР.

Весьма вероятно, что такая возможность зависит от ряда еще не известных особенностей внутриклеточных процессов, происходящих в той или иной опухолевой клетке. Поэтому существование даже единичных случаев транспортировки комплексов опухолевых пептидов и молекул ГКГ при отсутствии ТАР ставит перед исследователями задачу выяснения, при каких условиях осуществляется распознавание.

Таким образом, можно констатировать, что ТАР и LMP - необходимые компоненты эффективного процесса распознавания опухолевых антигенов. Снижение уровня экспрессии этих белков и их функциональной активности - одна из главных причин ухода опухоли из-под иммунологического контроля. Уменьшение их экспрессии нередко ассоциируется со снижением чувствительности не только к лизису цитотоксическими лимфоцитами, но и к естественным киллерам.

Ключевая роль ТАР и LMP в распознавании обосновывает целесообразность еще одного несомненно перспективного подхода в общей стратегии иммунотерапии - повышение уровня экспрессии указанных белков различными путями: трансфекцией соответствующих генов, действием цитокинов, усиливающих их экспрессию, в частности IFNy и др.

Антигены, рестриктированные молекулами I класса главного комплекса гистосовместимости, могут быть представлены различными путями. Прямая презентация - деградация цитолитических белков с участием протеосом, транспортом пептидов через мембрану эндоплазматического ретикулума и последующей экспрессией комплекса молекула ГКГ - эпитопы антигена опухоли на поверхность опухолевой клетки.

Перекрестная презентация включает внутриклеточный процессинг опухолевых антигенов антигенпрезентирующими клетками. Как известно, прямая презентация, как правило, направлена на представление антигена СD8+Т-лимфоцитов, а перекрестная - СD4+Т-лимфоцитов. При этом показано, что перекрестная презентация необходима и для индукции клеток памяти CD8+, однако остается неясным, способна ли такая презентация влиять на цитотоксичность последних.

Для ответа на этот вопрос были проведены опыты с индукцией прямой и перекрестной презентации при использовании мутантных антигенов I класса ГКГ, не способных осуществлять презентацию даже нормальных антигенов этого класса.

Результаты исследований показали, что первые индуцируют очень слабую цитотоксичность ЦТЛ, а оптимальная индукция цитотоксичности, но не клеток памяти ЦТЛ, осуществляется при прямой презентации антигена опухолевыми клетками.

Антигены локуса G

Как уже указывалось, в структуру антигенов I класса ГКГ наряду с локусами А, В, С входят и другие локусы, в частности G, Е и F, которые, в отличие от антигенов локусов А, В, С, характеризуются ограниченным полиморфизмом и поэтому называются неклассическими молекулами. Они отличаются от классических не только ограниченным полиморфизмом, но и особенностями транскрипции, экспрессии и иммунологическими функциями.

Антигены локуса G (не принимающие участия в классическом распознавании) экспрессируются трофобластами, на поверхности которых обычно отсутствуют антигены других локусов главного комплекса гистосовместимости. Физиологическая роль HLA-G в этих случаях заключается в ограничении роста клеток, включая трофобласты, благодаря чему эти антигены играют важную роль в установлении толерантности плода к иммунологической системе матери.

Интерес к выявлению антигенов локуса G на опухолевых клетках возник сравнительно недавно и большой вклад в понимание значения экспрессии HLA-G внесли P. Paul и сотрудники. Стало известно, что HLA-G может находиться в мембранносвязанной и растворимой формах, что определяет наличие его различных изоформ: HLA-G1, HLA-G2, HLA-G3, HLA-G4 - изоформы, связанные с мембраной, HLA-G5, HLA-G6, HLA-G7 - растворимые изоформы; некоторые из них обнаруживаются как в супернатантах культивируемых клеток, так и в различных жидкостях организма.

Естественно, что сравнительная новизна этого вопроса оставляет неясными многие детали, касающиеся оценки значения экспрессии антигенов локуса G. Тем не менее, несмотря на некоторую неоднозначность такой оценки, полученные результаты позволяют достаточно определенно установить важность экспрессии молекул HLA-G опухолевыми клетками и могут быть использованы для понимания процессов лизиса цитотоксическими клетками.

Последнее объясняется, в основном, тем, что взаимодействие с HLA-G приводит к ингибиции лизиса опухолевых клеток, формированию толерантности, что можно рассматривать как благоприятные условия для ухода опухоли из-под иммунологического контроля. Возможный уход от лизиса опухолевых клеток, которые экспрессируют HLA-G, очевидно, связан с ингибицией рецепторов, ответственных за цитотоксичность.

В последнее время стали известны несколько типов таких ингибиторных рецепторов, впервые один из них был описан в начале 90-х годов. Более подробные сведения об ингибиторных рецепторах будут изложены ниже.

Стало известно, что ингибиторные рецепторы взаимодействуют с молекулами HLA-G и таким образом способствуют уходу опухоли из-под иммунологического контроля. Возможность этого усиливается и тем обстоятельством, что ингибиторные рецепторы экспрессируются на различных цитотоксических лимфоцитах: Т-лимфоцитах, естественных киллерах и естественных киллерных Т-лимфоцитах.

О неоднозначности трактовок значения экспрессии антигенов HLA-G для процесса распознавания свидетельствуют также результаты изучения значительного количества образцов различных опухолевых тканей и клеток многих опухолевых линий с целью выявления экспрессии антигенов А, В, С, а также G и его изоформы - G1.

Результаты этих исследований показали, что в небольшом числе случаев наблюдается транскрипция мРНК антигенов локуса G при отсутствии экспрессии его изоформы - G1. Итогом этих исследований было заключение, что антигены HLA-G, и в частности его изоформа G1, либо не играют роли в осуществлении ингибиторного сигнала киллерных клеток, либо эта роль ничтожно мала.

К аналогичным выводам при изучении экспрессии HLA-G клетками меланомы пришли и другие исследователи. Было установлено, что клетки меланомы экспрессировали этот антиген только de novo, что дало основание рассматривать экспрессию локуса HLA-G на клетках меланомы не как закономерную. Эти же исследователи показали, что IFNy не влияет на экспрессию антигенов HLA-G и поэтому терапия данным цитокином не способствует уходу опухоли от лизиса.

Несмотря на то, что авторы указанных исследований не дают окончательной оценки значения экспрессии HLA-G, они не исключают, что экспрессия этих антигенов может препятствовать развитию тех проявлений противоопухолевого иммунитета, которые способствуют опухолевой прогрессии.

Такое заключение было сделано при исследовании клеток меланомы, на которых был установлен высокий уровень сплайсинга HLA-G-транскрипции, сочетающийся с прогрессированием опухолевого роста.

Молекулы HLA-G могут экспрессироваться на активированных макрофагах и дендритных клетках, инфильтрирующих карциному легкого, а также легочную ткань при других патологических процессах.

Предполагается, что экспрессия HLA-G этими клетками может препятствовать презентации антигена и благоприятна для прогрессии как злокачественного роста, так и воспалительных процессов.

Некоторые авторы склонны рассматривать экспрессию HLA-G как фактор ускользания опухоли из-под иммунологического контроля даже в тех случаях, когда проведенные исследования не дают прямых доказательств для такого заключения. Например, при исследовании клеток (свежевыделенных и клеток различных линий) гепатомы, меланомы, карцином не выявлено экспрессии антигенов HLA-G.

Отмечено также, что опухоли не были инфильтрированы естественными киллерами и лизис опухолевых клеток не наблюдался. Тем не менее авторы не исключают возможной роли антигенов ГКГ локуса HLA-G в процессе ускользания опухоли от иммунологического контроля. Установлено, что HLA-G-молекулы в большем количестве случаев экспрессируются макрофагами и ДК, инфильтрирующими карциному легкого, чем при незлокачественных заболеваниях.

По мере изучения роли экспрессии HLA-G сомнения относительно ее значения уменьшались, и в настоящее время есть основания считать, что экспрессия HLA-G может:

1) быть дополнительным механизмом ускользания опухоли от иммунологического контроля;
2) вызывать иммунологическую толерантность;
3) ингибировать цитотоксичность киллерных клеток.

Если же учесть, что HLA-G может ингибировать лизис различными киллерными клетками, то спектр возможных негативных влияний экспрессии этих молекул значительно расширяется.

К неклассическим антигенам системы ГКГ относятся и молекулы локуса Е - HLA-E. Эти молекулы характеризуются ограниченным полиморфизмом и с высокой специфичностью связывают пептид 1а, который происходит из полиморфных классических молекул А, В, С и стабилизирует белки ГКГ, способствуя их продвижению к клеточной мембране.

Исследование кристаллической структуры HLA-E показало, что он обладает способностью связываться с пептидами la HLA-1 при участии белков-транспортеров (ТАР-зависимым путем), может взаимодействовать с рецепторами естественных киллеров, ингибируя их лизис. Специфичность связывания молекул локуса Е с 1а определяется внутренними свойствами молекулы HLA-E.

Подобно молекулам антигена HLA-G, молекулы антигенов HLA-E также выявляются на трофобластах, тормозят активность естественных киллеров и рассматриваются как компонент защиты от распознавания материнскими цитотоксическими лимфоцитами; при определенных условиях антигены HLA-E могут активировать естественные киллеры.

Если в эндоплазматическом ретикулуме нет основного пептида, то молекулы локуса Е теряют стабильность и деградируют еще до достижения поверхности клетки. Если в клетках происходят изменения (в результате попадания инфекции, злокачественной трансформации), снижается экспрессия А, В, С или ингибируется активность ТАР, молекулы локуса Е также могут не достигать поверхности.

Молекулярные механизмы определения функции антигенов локуса Е подлежат дальнейшему изучению. Однако при наличии ряда невыясненных вопросов есть данные о строгой зависимости между экспрессией антигенов локуса Е и ко-экспрессией в2m.

Как отмечалось, описан еще один локус молекул антигенов I класса главного комплекса гистосовместимости - локус F. Информация об этом локусе очень ограничена, а сравнительное исследование экспрессии антигенов локуса F у обезьян и человека показало, что он выявляется только у человека. Данных о роли молекул локуса F в распознавании опухолевых антигенов нет.

Заканчивая изложение данных о классических и неклассических молекулах, нельзя обойти вниманием и недавно полученные факты, что растворимые формы как классических, так и неклассических молекул, в частности HLA-G, могут индуцировать апоптоз активированных СD8+Т-лимфоцитов.

Изучение этой апоптозиндуцирующей способности в отношении активированных СD8+Т-лимфоцитов показало, что их связывание с растворимыми формами как классических, так и неклассических антигенов приводит к усилению Fas/FasL-взаимодействия, секреции растворимой формы FasL СD8+Т-лимфоцитами, что сопровождается ингибицией цитотоксичности этих клеток.

Авторы предполагают, что растворимые формы указанных антигенов выполняют иммунорегуляторную роль в различных условиях, включая и ряд заболеваний, который характеризуется активацией клеток системы иммунитета и повышением уровня sHLA-A, sHLA-B, sHLA-C, sHLA-G в сыворотке крови.

Для понимания значения экспрессии антигенов I класса ГКГ важен факт, согласно которому уровень экспрессии антигенов ГКГ по-разному влияет на индукцию цитотоксичности различных киллерных клеток. Так, для оптимального лизиса опухолевых клеток ЦТЛ необходим высокий уровень антигенов I класса ГКГ, в то время как эффективный лизис другими киллерными клетками, в частности естественными киллерами, может осуществляться и при низком уровне указанных антигенов главного комплекса гистосовместимости, что показано в опытах с аденокарциномой кишечника мышей.

Изменения экспрессии антигенов ГКГ

Изменения экспрессии антигенов ГКГ (преимущественно снижение) выявлены при многих предопухолевых состояниях, что особенно отчетливо проявляется у антигенов I класса ГКГ. Причины этого снижения могут быть различны: мутации соответствующих генов, контролирующих экспрессию антигенов I класса ГКГ, нарушение регуляции презентации антигенов с участием антигенов I класса ГКГ, ингибиция гликолизирования или транспорта молекул I класса главного комплекса гистосовместимости, мутации в ТАР-генах, мутации или перераспределение в в2m, изменение в структуре хроматина антигенов I класса ГКГ, экспрессия онкогенов и снижение уровня экспрессии молекул ГКГ под влиянием вирусов и др.

Достаточное количество данных показывает, что снижение уровня экспрессии антигенов I класса ГКГ часто наблюдается при таких предопухолевых патологиях, какдисплазии, кандиломы, папилломы. Однако это наблюдается не при всех предопухолевых состояниях. Например, при кондиломах, раке шейки матки, молочной железы, гортани и наличии соответствующих генетических и морфологических изменений экспрессия антигенов главного комплекса гистосовместимости I класса не нарушена.

Более того, в некоторых случаях, например, при аденомах кишечника, которые, как известно, характеризуются аккумуляцией таких онкогенов, как k-ras, экспрессия антигенов гистосовместимости не изменена. Наличие экспрессии антигенов I класса ГКГ во многих случаях сочетается с благоприятным прогнозом, например при раке молочной железы, гортани и др.

Различные дисплазии, которые сопровождаются снижением экспрессии антигенов I класса ГКГ, в частности с локализацией в шейке матки, органах дыхательного и желудочного тракта, нередко сочетаются с уменьшением экспрессии адгезивных молекул, важных для межклеточных взаимодействий при формировании противоопухолевого иммунитета.

Общее представление о динамике экспрессии антигенов I класса ГКГ на нормальных клетках, при предопухолевых состояниях, а также злокачественно трансформированных клетках различных органов дает схема 1.


Схема 1. Экспрессия антигенов I класса главного комплекса гистосовместимости в динамике формирования злокачественного фенотипа

Уровень экспрессии антигенов ГКГ I класса снижается значительнее по мере развития опухолевого процесса, о чем свидетельствуют многие наблюдения. Нередко уменьшение количества этих антигенов ассоциируется с ускользанием опухоли из-под иммунологического контроля, ранним метастазированием, дессиминацией процесса, что отмечено при меланомах, раке носоглотки, кишечника.

Это объясняет, почему во многих случаях наблюдается параллелизм между нарушениями в генах, кодирующих экспрессию антигенов ГКГ, особенностями течения опухолевого процесса и эффективностью иммунотерапии, точкой приложения которой являются Т-лимфоциты. Такое заключение подтверждают наблюдения, согласно которым увеличение частоты нарушения экспрессии антигенов I класса ГКГ может сочетаться либо с отсутствием эффекта иммунотерапии, либо быстрым рецидиви-рованием заболевания.

Эти наблюдения свидетельствуют о возможности того, что в основе усиления и распространения опухоли лежит селекция опухолевых клеток, которые приобретают способность ускользать от иммунологического распознавания в связи с нарушениями экспрессии антигенов главного комплекса гистосовместимости.

Различный характер уменьшения экспрессии антигенов отдельных локусов ГКГ I класса демонстрируют исследования, проведенные с клетками инвазивного рака прямой кишки. Исследования показали, во-первых, общую высокую частоту снижения экспрессии этих антигенов (до 40 %) и высокую частоту их повреждения (до 73 %), во-вторых, выявлены локус-специфические различия в повреждении: HLA-А и HLA-B - соответственно в 9 и 8 %, параллельное повреждение HLA-A и HLA-B - в 2 % и не отмечено изменений в экспрессии HLA-C-локуса.

Высокую частоту нарушения экспрессии антигенов I класса ГКГ при инвазивном раке прямой кишки авторы рассматривают как благоприятное условие для ускользания опухоли из-под иммунологического контроля.

Снижение уровня антигенов I класса ГКГ может быть различным - полным, локусспецифическим или аллелеспецифическим. Обнаружено, что во многих случаях уменьшение экспрессии антигенов I класса связано с формированием резистентности опухолевых клеток к лизису киллерными клетками.

Несмотря на то, что снижение уровня экспрессии антигенов I класса главного комплекса гистосовместимости опухолевыми клетками различного гистогенеза и локализации наблюдается в подавляющем большинстве случаев, возможны и исключения - экспрессия не уменьшается, а в отдельных случаях уровень экспрессии повышается.

Тем не менее обращает на себя внимание такой важный факт: в ряде случаев при отсутствии изменений в экспрессии молекул антигенов ГКГ либо даже при ее усилении противоопухолевая иммунологическая защита не формируется.

Такая нестандартная ситуация вызывает естественный вопрос: почему при незначительном снижении уровня экспрессии антигенов ГКГ, отсутствии изменений и даже усилении экспрессии противоопухолевый иммунологический ответ все-таки не развивается?

Причины этого могут быть различны и будут рассмотрены в последующих разделах. Однако очень важно иметь в виду, что отсутствие формирования противоопухолевого иммунитета еще не означает, что процесс распознавания не произошел. К сожалению, есть убедительные доказательства того, что в некоторых случаях процесс распознавания приводит к индукции другой формы иммунологического ответа - толерантности.

При том что, как правило, для представления антигенов опухоли необходимы экспрессия антигенов ГКГ и процессинг опухолевых антигенов имеются наблюдения, согласно которым ослабление процессинга и экспрессии антигенов I класса главного комплекса гистосовместимости не всегда служит препятствием для лизиса опухолевых клеток соответствующими лимфоцитами.

Такие данные получены при исследовании клеток нейробластомы с очень незначительным уровнем экспрессии антигенов I класса ГКГ. Однако даже этого уровня оказалось достаточно для распознавания при условии, что опухолевые клетки были инфицированы вирусом гриппа.

Такая чувствительность клеток нейробластомы к действию киллерных лимфоцитов позволяет характеризовать ее как опухоль, чувствительную к иммунотерапии. При всем интересе к этим данным возникают вопросы, на которые сегодня еще нет ответов.

Например, можно ли проводить параллель между такими условиями лизиса опухолевых клеток и возможностью лизиса неинфицированных опухолевых клеток со сниженной экспрессией антигенов I класса ГКГ? Можно ли определить минимальный порог экспрессии антигенов ГКГ, который вызывает индукцию иммунологического ответа?

При исследовании частоты изменения экспрессии антигенов различных локусов главного комплекса гистосовместимости I класса показано, что наиболее часто наблюдается уменьшение количества молекул HLA-A, а затем HLA-B; реже имеет место параллельное снижение экспрессии антигенов двух или трех локусов.

Обобщая результаты изучения экспрессии антигенов I класса ГКГ с учетом их клинического значения представляется возможным отметить следующее:

1. Существует достоверная отрицательная корреляция между снижением экспрессии антигенов I класса ГКГ и опухолевой прогрессией при многих опухолях - первичной карциноме молочной железы, раке кишечника, шейки матки, ротовой полости и гортани, мочевого пузыря, меланоме.

При этой выраженной общей закономерности известны единичные исключения, которые проявляются не только в усилении экспрессии антигенов I класса ГКГ, но даже в появлении этих антигенов на тех клетках, которые до этого их не экспрессировали, что наблюдалось при некоторых опухолях мышечной ткани, в частности при рабдомиосаркоме.

2. Резкое снижение уровня экспрессии антигенов I класса часто совпадает с ранним метастазированием, что особенно характерно для клеток меланомы, у которых, как правило, наблюдается выраженный дефицит экспрессии антигенов I класса главного комплекса гистосовместимости.

3. Существует корреляция между степенью дифференцировки опухолевых клеток и уровнем экспрессии антигенов I класса ГКГ - степень дифференцировки уменьшается по мере снижения уровня экспрессии.

Эти данные подтверждены при параллельном изучении экспрессии различных локусов ГКГ и данных гистологических исследований, которые показали, что наиболее слабая экспрессия антигенов I класса ГКГ сочеталась с низкой дифференцировкой опухолевых клеток, их выраженной инвазивностью и большой метастатической активностью, что особенно отчетливо проявилось при изучении клеток рака носоглотки.

4. Интенсивность снижения экспрессии антигенов I класса главного комплекса гистосовместимости варьирует в зависимости от локализации опухоли и исходного уровня экспрессии этих антигенов: клетки скелетных мышц и слизистой оболочки желудка могут быть отнесены к клеткам, слабо экспрессирующим антигены I класса ГКГ, а клетки центральной нервной системы практически их не экспрессируют.

5. Нередко снижение уровня экспрессии антигенов ГКГ ассоциируется со слабой иммуногенностью опухолевых клеток.

6. При многих опухолях человека, особенно при меланоме, уровень экспрессии ТАР-1 и ТАР-2 уменьшался также LMP, что обусловлено либо их структурными повреждениями, либо дисрегуляцией и ассоциируется с быстрым метастазированием.

7. Снижение уровня экспрессии антигенов главного комплекса гистосовместимости с полным основанием считают одной из важнейших причин ускользания опухоли из-под иммунологического контроля.

8. Принципиально важна необходимость учета особенностей экспрессии антигенов I класса ГКГ до начала иммунотерапии , что, по мнению многих авторов, может существенно предопределить ее эффективность, в частности вакцинации опухолевыми пептидами.

Бережная Н.М., Чехун В.Ф.