БИОХИМИЯ, 2014, том 79, вып. 1, с. 5 - 12
УДК 577.17+577.171.6
ВТОРАЯ ЖИЗНЬ АНТИТЕЛ Обзор
© 2014 г. Е.В. Наволоцкая
Филиал института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 142290 Пущино Московской обл., просп. Науки, 6; факс: (4967)73-05-27, электронная почта: navolotskaya@fibkh.ru, elenanavolots@gmail.com
Поступила в редакцию 22.05.13 После доработки 25.07.13
Антитела (иммуноглобулины, Щ используются иммунной системой для идентификации и нейтрализации чужеродных объектов и выполняют антигенсвязывающую и эффекторную функции. Иммуноглобулин в (^в) является основным иммуноглобулином сыворотки крови здорового человека (~75% всей фракции Щ. Открытие в 1970 г. эндогенного тетрапептида тафтсина (ТЪг-Ьув-Рго-А^, фрагмент 289—292 СН2-домена тяжелой (Н) цепи ^в), обладающего одновременно иммуностимулирующей и нейротропной активностями, явилось стимулом для поиска новых биологически активных пептидов иммуноглобулинового происхождения. В результате были открыты, синтезированы и исследованы фрагменты Н-цепи образующиеся в результате ферментативного расщепления в составе комплекса антиген—антитело: ригин (341—344), иммунорфин (364—373), иммунокортин (11—20), пептид р24 (335—358) и его фрагменты. В обзоре проанализированы свойства этих пептидов и их роль в регуляции иммунного ответа.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: антитела, пептиды, рецепторы, иммунная система.
Антитела (иммуноглобулины, — это особый класс гликопротеинов, присутствующих на поверхности В-клеток в виде мембраносвязан-ных рецепторов и в сыворотке крови и тканевой жидкости в виде растворимых молекул. Они являются важнейшими факторами специфического гуморального иммунитета [1]. Антитела используются иммунной системой для идентификации и нейтрализации чужеродных объектов и выполняют две функции: антигенсвязывающую и эффекторную (вызывают тот или иной иммунный ответ, например, запускают классическую схему активации комплемента).
Антитела являются относительно крупными (^в — 146 кДа) гликопротеинами, состоящими из двух идентичных тяжелых (Н) цепей, в свою очередь состоящих из УН- и СН1-доменов, шарнирного участка, СН2- и СН3-доменов, и из двух идентичных легких (Ь) цепей, состоящих из УЬ-и СЬ-доменов (рис. 1, см. цветную вклейку). Различают пять типов тяжелых (а, у, 8, в, и два типа легких (к и X) цепей. С тяжелыми цепями ковалентно связаны олигосахариды. У млекопитающих выделяют пять классов в, М, А, Б и Е, различающихся по строению и аминокислотному составу тяжелых цепей и выполняе-
мым эффекторным функциям. Папаин расщепляет молекулу Ig на два Fab-фрагмента («fragment antigen binding» — антигенсвязывающий фрагмент) и один Fc-фрагмент («fragment crys-tallizable» — фрагмент, способный к кристаллизации). Антитела могут существовать как в мономерной (IgG, IgD, IgE, сывороточный IgA), так и в олигомерной (димер — секреторный IgA и пентамер — IgM) форме [1].
IgG является основным иммуноглобулином сыворотки крови здорового человека (составляет 70—75% всей фракции Ig). В его состав входят 2—3% углеводов, два антигенсвязывающих Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент. Fab-фрагмент (50—52 кДа) состоит из целой L-цепи и ^-кон-цевой половины H-цепи, соединенных между собой дисульфидной связью, тогда как Fc-фраг-мент (48 кДа) образован С-концевыми половинами H-цепей. Всего в молекуле IgG 12 доменов (по четыре в тяжелых и по два в легких цепях) [1].
В 1970 г. Найяр и Нишиока обнаружили, что при ферментативном расщеплении IgG образуется тетрапептид Thr-Lys-Pro-Arg — фрагмент 289—292 СН2-домена H-цепи, способный стимулировать фагоцитарную активность макрофагов [2]. Тогда
же было высказано предположение, что функциональные белки могут служить источником биологически активных пептидов. Открытие в середине 80-х гг. прошлого века пептидов, образующихся в результате ферментативного гидролиза р-казеина (казоморфины) [3], гемоглобина (геморфины и киоторфины) [4] и альбумина (кинетензин) [5], явилось подтверждением этой гипотезы. Первоначально ставилось под сомнение образование таких пептидов in vivo, однако последующие исследования показали наличие в организме млекопитающих и человека тафтсина и геморфинов.
В обзоре проанализированы литературные и собственные данные о структуре и функциях пептидов иммуноглобулинового происхождения и их роли в регуляции иммунного ответа.
ТАФТСИН
Тетрапептид (Thr-Lys-Pro-Arg или TKPR, фрагмент 289—292 Н-цепи IgG) был открыт в 1970 г. в лаборатории Виктора Асада Наджара, профессора университета Тафтса (Бостон, США), и назван тафтсином [2]. Основная роль тафтсина в организме состоит в стимулировании функций фагоцитирующих клеток, в первую очередь макрофагов. Эти функции включают в себя фагоцитоз, пиноцитоз, мобильность [6, 7], хемотаксис [7—9], иммуногенную активность [10] в результате увеличения количества антителобразующих клеток [11, 12], бактерицидную [13] и противоопухолевую активности [14-16].
Тафтсин может быть доставлен к клеткам-мишеням в составе комплекса «антиген-антитело». Рецепторы к тафтсину экспрессируются на моноцитах/макрофагах, нейтрофилах и натуральных киллерах [17, 18]. Тафтсин становится биологически активным пептидом после его «вырезания» из IgG [19]. Для образования активной формы тафтсина Наджар предложил модель, согласно которой тетрапептид «вырезается» из молекулы IgG в две стадии. На первой стадии фермент селезенки тафтсин-эндокар-боксипептидаза расщепляет связь Arg292 -Glu293. На второй — аминопептидаза N-цинкметалло-протеаза, локализованная на поверхности лейкоцитов, разрывает связь Lys288—Thr289 [20—21] (рис. 2, см. цветную вклейку). При разрыве связи Arg292-Glu293 происходит образование квазицикла за счет взаимодействия отрицательно заряженной карбоксильной группы Arg292 и положительно заряженной s-аминогруппы Lys290 с образованием циклической структуры, необходимой для узнавания рецептора. После соедине-
ния тафтсина с его рецептором комплекс попадает внутрь макрофага [23].
Тафтсин инициирует образование фагоцитами супероксидных [24] и нитроксидных [25] радикалов, необходимых для киллинга фагоцитированных бактерий [26]. Высока вероятность, что активация рецепторов к тафтсину на макрофагах происходит не только в очагах воспаления, но ив инфильтратах, формирующихся в строме злокачественных опухолей.
Тафтсин (диапазон концентраций 10-6—10-9 М) вызывает широкий спектр изменений биологической активности клеток-мишеней: например, оптимизирует клеточную кооперацию макрофагов, T- и В-лимфоцитов и усиливает гемопоэз в костном мозге [27]. Основным результатом связывания тафтсина с его рецептором на макрофагах и нейтрофилах является стимуляция переваривающей способности этих клеток, приводящая к завершенному фагоцитозу в лимфоидных образованиях и очагах воспаления. Важная роль тафтсина в обеспечении завершенности фагоцитоза подтверждается развитием у животных и людей с удаленной селезенкой «тафтсиновой недостаточности», которая приводит к фатальным инфекциям [28, 29]. Инфекционные заболевания, возникающие после удаления селезенки, получили групповое название Overwhelming post-splenectomy infections (OPSI). Кроме того, достаточно часто в гене тяжелой цепи IgG наблюдается мутация, которая приводит к появлению другого пептида TEPR и сопровождается частыми и тяжело протекающими инфекционными заболеваниями [30, 31]. Возбудителями этих заболеваний, как правило, являются кап-сульные бактерии [32, 33].
Имеется несколько сообщений об участии тафтсина в регуляции нейроэндокринных функций [34—36].
По данным Спирер с соавт. [37] концентрация тафтсина в крови здорового человека составляет 278,5 ± 13,5 нг/мл или 5,0 х 10-7 М. Этот показатель снижается при травме селезенки или удалении этого органа до 239,5 ± 47,7 и 94,7 ± 22,5 нг/мл соответственно [38].
В 1983 г. сотрудники Института Пастера установили, что под действием протеаз паразита Schistosoma mansoni schistosomula из IgG человека и крысы высвобождается трипептид Thr-Lys-Pro (фрагмент тафтсина 1—3), который ингибирует различные функции макрофагов (фагоцитоз, миграцию, генерацию супероксидных анионов, IgE-зависимую цитотоксичность, хемотаксис, экспрессию рецепторов IgE), но не влияет при этом на их жизнеспособность [39, 40]. Образование такого пептида в нормальных условиях не показано.
РИГИН
Анализ структуры тафтсина позволил предположить существование других тафтсинподоб-ных пептидов, сходных по структуре и свойствам. Веретенникова с соавт. [41] сформулировали «требования», необходимые для образования активных тафтсинподобных пептидов из IgG: во-первых, участок, содержащий последовательность пептида, должен быть доступен для действия фермента; во-вторых, обобщенная структура должна соответствовать следующей: XYPR(K), где X и Y — любые аминокислотные остатки, кроме Pro и Gly; в-третьих, последовательности пептида в молекуле белка должна предшествовать основная аминокислота, чтобы обеспечить его специфическое выщепление. Авторы синтезировали пептид Gly-Gln-Pro-Arg, соответствующий последовательности 341—344 IgG, удовлетворяющий всем вышеперечисленным «требованиям» (авторское название — ри-гин) (рис. 2).
Исследование активности ригина показало, что он в той же степени, что и тафтсин, стимулирует in vitro фагоцитарную функцию макрофагов против Staphylococcus aureus [41]. Кроме того, пептид индуцировал моноциты человека к продукции IL-1 и TNF-a, которые, в свою очередь, активируют лимфоциты и макрофаги [42].
Исследование рецепции ригина показало, что он вытесняет [3Н]тафтсин из комплекса c рецептором на макрофагах, но при более высоких концентрациях, чем немеченый тафтсин (~10-4 М) [43]. Поэтому предполагается, что ри-гин действует на активность макрофагов через собственный рецептор [44].
Дутта с соавт. [45] синтезировали гидрофобные производные ригина (амиды N-пальмито-ил-амино-этил-ригина и N-холестанил-амино-этил-ригина) и изучили их воздействие на мышей, зараженных Plasmodium berghei. В качестве контроля использовали тафтсин и его производное — амид N-пальмитоил-амино-этил-тафтси-на. В результате было обнаружено, что производные ригина значительно ув
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.