УДК 577.27
ПОЛИРЕАКТИВНОСТЬ ПРИРОДНЫХ АНТИТЕЛ; ОБМЕН ^-ФРАГМЕНТАМИ
Обзор
© 2013 г. С.Е. Седых1, В.Н. Бунева12, Г.А. Невинский12*
1 Институт химической и фундаментальной медицины СО РАН, 630090 Новосибирск, просп. Лаврентьева, 8; факс: (383)33-3677, электронная почта: nevinsky@niboch.nsc.ru 2 Новосибирский государственный университет, 630090 Новосибирск, ул. Пирогова, 2; факс: (383) 330-3255, электронная почта: nsu@nsc.ru
Поступила в редакцию 14.01.13 После доработки 24.03.13
Полиреактивность связывания (возможность комплексообразования АТ не только со специфическими, но и чужеродными антигенами) является широко распространенным феноменом и иногда может быть обусловлена конформационной лабильностью антигенсвязывающих центров (которая возрастает после действия различных дестабилизирующих агентов), приводящей к связыванию с АТ самых разных антигенов. Некоторые АТ существуют в виде димеров между исходными АТ и их идиотипами (или антиидиотипа-ми), которые способны формировать внутримолекулярные циклические комплексы со свойствами полире-актантов. Еще одним механизмом реализации полиреактивности связывания является обмен в крови половинками (НЬ-фрагментами) между молекулами ^04 против различных антигенов. Кроме того, недавно впервые обнаружена каталитическая полифункциональность абзимов женского молока, которая обусловлена обменом НЬ-фрагментами между молекулами как лямбда и каппа-^О (^01-^04), так и лямбда, и каппа-8]^А против разных антигенов с образованием самых различных вариантов химерных антител. В обзоре рассмотрены все описанные в литературе возможные пути образования, биологические функции полиспецифичных иммуноглобулинов, а также пути реализации феномена полиреактивности связывания и каталитической полифункциональности природных антител.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: антитела, природные абзимы, полиреактивность связывания, каталитическая полифункциональность.
В течение долгого времени в иммунологии доминировала идея, что взаимодействие антигена с АГ-связывающим центром соответствует гипотезе «ключ и замок». Такой механизм взаимодействия предполагал, что АГ-связывающий центр АТ и эпитоп антигена комплементарны и имеют жесткие структуры [1, 2]. В 1959 г. David Talmage сформулировал концепцию полиспецифичности рецепторов, а спустя 10 лет Herman Eisen с соавт. впервые продемонстрировали полиспецифичность антител (АТ) в серии экспериментов по взаимодействию белков миеломы с различными антигенами [3, 4]. Было показано,
Принятые сокращения: АТ — антитела; АИ — аутоиммунный; АГ — антиген; АИЗ — аутоиммунные заболевания; ВИЧ — вирус иммунодефицита человека; ИДБ — изо-мераза дисульфидов белков; ИФА — иммуноферментный анализ; РС — рассеянный склероз; СКВ — системная красная волчанка; 08Н — восстановленный глутатион; FITC — флуоресцеинизотиоцианат; ^ — иммуноглобулин. * Адресат для корреспонденции.
что моноклональные АТ против 2,4-динитрофе-нила могут связывать как близкие (например, менадион), так и неродственные по структуре (например, кофеин) молекулы [4]. Этот «вырожденный» тип взаимодействия был позднее подтвержден в большом числе различных исследований и показано, что многие ^ являются полиреактивными и взаимодействуют с различными неродственными по химической природе ау-то- и неаутоантигенами [5, 6].
С нашей точки зрения, под «истинной» полиспецифичностью мономерной молекулы АТ следует понимать ее взаимодействие с несколькими различными антигенами. Однако существующие методы анализа зачастую не позволяют отличить «истинную» от «кажущейся» полиспецифичности. В большинстве случаев полиреактивность АТ обнаруживают с помощью хроматографии поликлональных АТ на нескольких аффинных сорбентах, что иногда сопряжено с анализом взаимодействия полученных ^ с раз-
1651
личными антигенами с помощью ИФА. Такой подход обнаружения полиспецифичности Ig может иногда приводить в той или иной мере к ошибочным заключениям, если в условиях проведения экспериментов может происходить образование комплексов между АТ к различным АГ, или иммобилизованные антигены содержат структурные элементы, соответствующие разным типам молекул. Такие подходы могут привести к обнаружению «кажущейся» полиспецифичности.
Наряду с «истинно полиспецифичными», существуют также АТ широкой специфичности (broad-specific antibodies), которые с относительно низким сродством взаимодействуют с широким рядом структурно близких соединений. В принципе, они тоже полиспецифичны, но природа их полиспецифичности может быть несколько иной и пока различие между АТ широкой специфичности и истинной полиспецифичными АТ пока остается не достаточно понятной. Кроме того, в некоторых, в целом существенно отличающихся по структуре молекулах, могут присутствовать отдельные элементы, сходные по структуре. Это также может приводить к связыванию АТ с более низким сродством в целом с неродственными по структуре антигенами.
Феномен полиреактивности АТ проанализирован в двух обзорах [5, 6]. В обзоре [5] в основном проведен анализ полиреактивности, обусловленной конформационной лабильностью АГ-связывающих центров АТ, приводящей к возможности связывания этими центрами специфических и неспецифических лигандов, а в обзоре [6] — полиреактивные АТ при вирусных инфекциях, преимущественно у ВИЧ-инфицированных пациентов. В данном обзоре сделана попытка анализа молекулярных механизмов «истинной» и «кажущейся» полиреактивности самых разных АТ, включая обмен половинками (HL-фрагментами) между молекулами антител против различных антигенов. До настоящего времени в литературе отсутствовали данные о возможности существования каталитической полифункциональности у антител-абзимов. В обзоре рассмотрены новые данные о возможности катализа абзимами (в результате обмена HL-фрагментами между молекулами антител) нескольких различных химических реакций.
СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ ИММУНОГЛОБУЛИНОВ
Гуморальный иммунный ответ у позвоночных обусловлен синтезом иммуноглобулинов (!ё). ^ экспрессируются в виде рецепторов плаз-
матической мембраны В-лимфоцитов, а также в форме растворимых молекул, секретируемых плазматическими клетками, присутствующими в сыворотке, тканевой жидкости и молоке. Растворимые Ig (антитела) способны связывать практически любые природные и искусственные молекулы (антигены) с высоким сродством и специфичностью. Свойство антител (АТ) узнавать и связывать широкий спектр антигенов (АГ) обеспечивается их чрезвычайным разнообразием, достигающим 108—1010 различных вариантов АГ-связывающих центров. Адаптивная иммунная система, функционирующая на основе Ig, рецепторов Т-лимфоцитов, белков главного комплекса гистосовместимости, возникла у позвоночных около 500 миллионов лет назад, и основные закономерности ее функционирования сохраняются до настоящего времени [7, 8].
Каждый В- и Т-лимфоцит экспрессирует единственный рецептор, при этом клетки, несущие рецепторы, взаимодействующие с ауто-АГ, элиминируются, а клетки с рецепторами к чужеродным АГ, могут получить сигнал к пролиферации. Контакт рецептора В-лимфоцита со специфическим для него АГ ведет к активации лимфоцита и его дифференцировке в плазматическую клетку, которая секретирует большое количество Ig, при этом часть В-лимфоцитов превращается в В-клетки памяти. Секретируемые АТ имеют ту же анти-АГ специфичность, что и соответствующий рецептор В-лимфоцита [7].
Ig млекопитающих и человека относят к пяти классам: IgG, IgA, IgM, IgD и IgE [1], которые различаются по мол. массе, заряду, аминокислотной последовательности и гликозилирова-нию. Иммуноглобулины класса G (IgG) разделяют на четыре подкласса IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, Ig класса A на два подкласса IgA1, IgA2. Все классы и подклассы Ig составляют девять изотипов, которые присутствуют в норме у всех индивидов. Каждый изотип определяется последовательностью аминокислот константной области тяжелой цепи [7]. Основными структурными элементами каждой молекулы Ig являются легкая и тяжелая полипептидные цепи. Класс и подкласс Ig определяется типом тяжелой цепи: и (IgM), у1, у2, у3, у4 (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4), a1, a2 (IgA1, IgA2), 8 (IgD), в (IgE) [1].
Последовательности ^-концевых доменов каждой легкой (L, light) и каждой тяжелой (H, heavy) цепи VL и VH — высоко вариабельны, вместе они образуют антигенсвязывающий центр АТ. Длина уникальных ^-концевых последовательностей в случае VL и VH составляет -110 аминокислотных остатков (а.о.). С-конце-вые домены легких и тяжелых цепей (CL и CH соответственно) формируют константную об-
ласть, которая обеспечивает эффекторные функции длина СЬ составляет также -110 а.о. Константные участки у-тяжелых цепей содержат три домена Сн1, Сн2, Сн3 и образуют Fc фрагмент, который связывается с Fc-рецепто-ром на эффекторных клетках, а также активирует комплемент [9]. Специфичность АГ-связыва-ющих центров АТ определяется их комплемен-тарностью по отношению к трехмерной кон-формационной структуре антигена — антигенной детерминанте, или эпитопу.
Мономеры IgA соединяются плазматическими клетками в димер непосредственно перед моментом экскреции [10], концевые пептиды тяжелой цепи мономеров при этом соединяются дисульфидными связями с J-цепью. J-цепь представляет собой полипептид Мг -15 кДа (137 а.о.) и необходима для полимеризации и секреции [9]. Димерная форма ^А связывается с поли-^-рецептором, который экспрессируется на базо-латеральной поверхности эпителиальных клеток. Комплекс интернализуется, транспортируется на апикальную поверхность и выделяется в виде секреторной формы. Секреторный компонент является продуктом расщепления поли-^-рецептора, имеет мол. массу около 70—80 кДа и не связан ковалентно с J-цепью и димером IgA. Секреторный компонент защищает sIgA от про-теолиза, способствует удерживанию ^ в эпителиальных оболочках, благодаря секреторному компоненту sIgA является наиболее стабильным иммуноглобулином в секретах [9, 11].
Легкие цепи (каждая около 25 кДа) соединены с тяжелыми цепями (каждая -55 кДа) ди-сульфидными связями, а также нековалентны-ми взаимодействиями; подобным образом соединены между собой и тяжелые цепи. Домены тяжелых и легких цепей состоят из 110 а.о. и об
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.