Антигенраспознающие рецепторы Т-клеток

Изучение процесса распознавания антигена В-клетками не вызвало особых экспериментальных осложнений. Легкость обнаружения мембранного иммуноглобулина у данного клеточного типа давала в руки исследователей основу для детального анализа явления. При этом поиск аналогичных структур у Т-клеток столкнулся с определенными трудностями. Использование тех же экспериментальных подходов, которые применялись при изучении антигенных рецепторов у В-клеток, не привело к положительным результатам. Первые шаги к решению проблемы были сделаны, как это ни странно, не в молекулярной иммунологии, а в клеточной — в экспериментах с генетически отличающимися клетками, взаимодействующими in vitro.

Первоначально в гипотетической, на основании клеточной феноменологии, а затем в экспериментально хорошо документированной форме с использованием методов молекулярной биологии было установлено, что Т-клеточный рецептор распознает не собственно чужеродный антиген, а его комплекс с белками, контролируемыми главным комплексом гистосовместимости (МНС). Основные доказательства двойного распознавания: молекул I и II классов МНС и ассоциированного с ними антигенного пептида, получены Р.


Цинкернагелем и П.Дохерти. Исследования этих ученых были отмечены присуждением Нобелевской премии по медицине за 1997 г.

Строение Т-клеточных антигенраспознающих рецепторов
Известно два типа Т-клеточных антигенраспознающих рецепторов: TCRaB и TCRyb (от англ. — Т cell receptor, TCR). Последний экспрессируется на минорной субпопуляции Т-клеток (Тyb), которые в небольшом количестве представлены в тимусе и на периферии — в селезенке, крови. В онтогенезе они предшествуют Т-клеткам с TCRaB (TaB). Для их созревания не требуется тимус, они способны к самовоспроизведению, принимают участие в антибактериальной защите, реагируя на углеводные компоненты. Филогенетически Тyb предшествовали ТaB.

Попытки выявить TCR с помощью антииммуноглобулиновых антител, как это было сделано при поиске антигенраспознающих структур у В-клеток, оказались безуспешными. Идентифицировать TCR удалось только с применением моноклональных антител (мАТ) и клонированных линий Т-клеток. Некоторые клоноспецифические мАТ реагировали только с клонами, выделенными от предварительно иммунизированных животных.


Внесение в культуру таких клонов, соответствующих по специфичности мАТ, подавляло способность клонированных Т-клеток распознавать антиген, использованный для иммунизации. Наличие подобных антигенспецифических мАТ обеспечило полноценное изучение антигенраспознающих структур Т-клеток.

Каждая функционально зрелая Т-клетка имеет около 3 • 104 TCR. Они представляют собой гетеродимер, построенный для большинства клеток из ос- и (3-цепей, ковалентно связанных между собой цистеиновым мостиком. Каждая цепь состоит из вариабельного V-домена и константного С-домена, гомологичных соответствующим доменам иммуноглобулинов. В структуре TCR представлен также шарнирный домен с цистеиновым остатком, который образует дисульфидный мостик, объединяющий а- и B-цепив единую молекулу. На клеточной мембране TCR удерживается гидрофобной трансмембранной последовательностью аминокислотных остатков. Характерной чертой трансмембранного домена является присутствие в нем положительно заряженных аминокислотных остатков. Заканчивается каждая цепь коротким цитоплазматическим хвостом, погруженным в цитоплазму.


Имеющиеся структурные различия между TCRu BCR не могут считаться определяющими, так как основное свойство — построение активного антигенраспознающего участка за счет процессов рекомбинации и взаимодействия двух V-доменов — остается общим.

Генетический контроль структуры Т-клеточного антигенраспознающего рецептора
Организация генов, кодирующих а- и B-цепи TCR, в основном гомологична той, которая известна для легких и тяжелых цепей иммуноглобулинов. V-домен ос-цепи, подобно легкой цепи иммуноглобулинов, контролируется только V- и J-генными сегментами. В то же время образование V-домена B-цепи, как и тяжелой цепи иммуноглобулинов, обеспечено полным набором V-, D-, J-генных сегментов.

В геноме Т-клеток имеется более 100 V-генов для а-цепи TCR, что в два с половиной раза меньше того количества, которое известно для легких цепей иммуноглобулинов. Каждый такой ген включает два экзона — один для лидерной (L) последовательности, отсутствующей у зрелой а-цепи, но представленной у этойцепи в момент ее транспорта из эндоплазматического ретикулума к клеточной поверхности, и второй — для кодирования собственно V-домена TCR.


J-генных сегментов для а-цепи значительно больше, чем для легкой цепи иммуноглобулинов (100 против 4). Константная область а-цепи контролируется С-геном, включающим отдельные экзоны для С-домена и шарнира и один общий экзон — для трансмембранной и хвостовой частей молекулы.

Количество V-генов для B-цепи равно 30. Кроме того, имеется два кластера DJC. Каждый кластер включает один D- и шесть активных J-генных сегментов. Функциональные различия между кластерами неизвестны. С-ген для константной области B-цепи включает четыре экзона для константного, шарнирного, трансмембранного и хвостового участков полипептида. Процессы рекомбинации, транскрипции, сплайсинга и трансляции генетического материала для а- и Р-цепей при образовании TCR в Т-клетках аналогичны тем, которые обеспечивают синтез иммуноглобулинов в В-клетках.

Так же как и в случае с иммуноглобулинами и иммуноглобулиновыми рецепторами, вариабельность TCR зависит от случайного взаимодействия генных сегментов в процессе рекомбинации генетического материала, кодирующего V-домены: VJ — для а-цепей и VDJ — для B-цепей, а также за счет тех дополнительных изменений, которые, как и в случае с BCR, сопровождают рекомбинацию.


Исключение составляет отсутствие соматического мутагенеза в V-генах. Расчет вариабельности V-доменов TCR, который проводится так же, как и для иммуноглобулинов, показывает крайне высокий уровень разнообразия этих антигенраспознающих структур. Так, только наличие в геноме нерекомбинированных V-, D- и J-генных сегментов дает потенциально (без учета модификаций при реорганизации) 2,8 • 106 вариантов.

Иммуноглобулины и иммуноглобулиновые рецепторы В-клеток распознают нативные антигенные эпитопы. В связи с этим отдельные участки антигенраспознающего центра имеют равные шансы на изменчивость. Ситуация с TCR несколько иная, поскольку этот рецептор распознает комплекс антигенного пептида с молекулами МНС.

Разнообразие TCR связано в значительной степени с третьей петлей V-домена, формируемой третьим гипервариабельным участком — CDR3 (от англ. — complementarity determining region). При образовании антигенсвязующего центра CDR3 оказываются в его внутренней части. Первая и вторая петли — CDR1 и CDR2 — занимают соответственно периферию центра. В таком конформационном построении имеется вполне определенный биологический смысл, связанный с адаптацией TCR к той форме иммуногена, с которой он взаимодействует. Антигенные пептиды заполняют пространство (щель), образованное а-спиральными структурами молекул МНС, и таким образом оказываются в середине антигенного комплекса пептид : МНС. Подобный комплекс характеризуется огромным множеством антигенных специфичностей, связанных с пептидами, и ограниченным разнообразием, свойственным молекулам МНС. В связи с подобной организацией иммуногенного комплекса следует ожидать повышенную изменчивость CDR3 и меньшую изменчивость CDR1 и CDR2. Изучение генетической организации генов для TCR подтверждает подобную точку зрения. Так, TCR имеет значительно меньшее по сравнению с иммуноглобулинами количество V-генов, определяющих специфичность CDR1 и CDR2, но при этом увеличенное число J-cer-ментов, принимающих участие в кодировании CDR3.Антигенраспознающие рецепторы и сопутствующие белки в процессе активации Т-клеток

TCR, как и мембранный антигенраспознающий иммуноглобулин В-клеток, имеет очень короткий цитоплазматический хвост. В связи с этим сигнал от взаимодействия TCR с комплексом пептид : молекулы МНС не может быть передан внутрь клетки. Трансмиссивную функцию выполняют инвариантные, низкомолекулярные, ассоциированные с TCR белки, которые получили общее название — CD3. Комплекс CD3 включает пять белков: белки CD3y, CD3b и CD3e представлены на клеточной поверхности и имеютопределенную гомологию с иммуноглобулинами, цитоплазматические белки CD3? и CD3n не имеют такой гомологии.

Белки, гомологичные иммуноглобулинам, экспрессируются на клеточной поверхности в виде гетеродимеров CD3e6 и CD3ey Их связь с TCR осуществляется посредством электростатического притяжения. Отрицательно заряженные трансмембранные участки цепей CD3 взаимодействуют с несущими положительный суммарный заряд трансмембранными участками TCR. Наличие длинного хвоста позволяет им взаимодействовать с цитоплазматическими белками-трансдукторами после получения антигенного сигнала.

Два других полипептида — CD3t и CD3n — также входят в состав комплекса в виде димеров СС или Сn- Около 80 % TCR ассоциировано с гомодимером и только 20 % с гетеродимером. Функциональные различия между ними неизвестны. Основной домен этих белков в отличие от других СОЗ-белков находится в цитоплазме. Именно головная, а не хвостовая часть С и n взаимодействует в цитоплазме с белками-трансдукторами.

Помимо сигналпередающей функции белки CD3 ответственны за транспорт TCR к клеточной поверхности. У мутантных клеток, в которых отсутствует синтез у-, b- или е-цепей, экспрессия TCR полностью подавлена, хотя внутриклеточный синтез этих рецепторов не нарушен. При мутациях гена С-цепи выход TCR на клеточную поверхность происходит в меньшей степени по сравнению с нормой. Как трансмиссивная, так и транспортная функции CD3 белков гомологичны той, которая характерна для Iga-и Igp-белков иммуноглобулинового, антигенраспознающего комплекса.

В активации Т-клеток, распознавших антиген, принимают участие также корецепторы CD4 и CD8 — маркеры дифференцировки Т-клеток. Как уже отмечалось, первый из них является маркером CD4+ Т-клеток, второй — цитотоксических Т-лимфоцитов (CD8+ Т-клеток). Долгое время функция этих белков оставалась неизвестной. Оказалось, что они принимают самое непосредственное участие в процессе взаимодействия TCR с соответствующим лигандом в качестве корецептора.

CD4 представляет собой одноцепочечную молекулу, состоящую из четырех иммуноглобулинподобных доменов (рис. 4.9). Домены D1 и D2, а также D3 и D4 образуют между собой парные, плотноупакованные, жесткие структуры. Эти пары соединены гибким шарнирным участком. Хвостовая часть молекулы CD4 имеет достаточную длину для взаимодействия с цитоплазматическими белками-трансдукторами. На клеточной поверхности TCR и CD4 представлены независимо друг от друга. Их встреча происходит в процессе формирования ответа на антиген. После распознавания TCR антигенного комплекса происходит взаимодействие CD4 с молекулой II класса МНС. Реакция взаимодействия осуществляется между В2-доменом молекулы II класса МНС и первым доменом CD4. Предполагается также слабое включение во взаимодействие и второго домена D2.

Аналогичная картина наблюдается при распознавании антигенного комплекса цитотоксическими Т-лимфоцитами (ЦТЛ). Действующие участники взаимодействия — TCR цитотоксических Т-лимфоцитов, комплекс пептида с молекулой I класса МНС и маркер цитотоксических Т-лимфоцитов — CD8. CD8, хотя и выполняет сходную с CD4 функцию корецептора, структурно отличается от маркера Т-хелперов. Он представляет собой гетеродимер, каждая цепь которого включает один иммуноглобулинподобный домен и достаточно длинный, связанный с мембраной участок цепи, который подвержен значительным конформационным изменениям. Так же как и CD4, CD8 представлен на клеточной мембране независимо. Его функция корецептора реализуется в процессе антигенного распознавания. После взаимодействия TCR с антигенным лигандом происходит контакт а- и Р-доменов CD8 с а3-доменом молекулы I класса МНС. Образовавшийся молекулярный комплекс является условием передачи через корецептор CD8 сигнала внутрь клетки.

Внутриклеточные события, определяющие активацию Т-клеток, аналогичны тем, которые происходят в В-клетках после антигенной стимуляции. Образовавшийся агрегат из антигенпредставляющих молекул МНС, Т-клеточного рецепторного комплекса, включающего CD3 молекулы, и CD4 или CD8 молекул провоцирует внутриклеточное взаимодействие различных тирозинкиназ с цитоплазматической частью полипептидов. Среди СDЗ-белков наибольшей связывающей активностью обладает CD3?, представленный в цитозоле не хвостовой, а головной частью. Активированные в результате взаимодействия киназы обеспечивают каскад реакций, следствием которых является индукция специфической транскрипции генов. Среди генов, вступивших в процесс транскрипции, особое место занимают те, которые кодируют синтез Т-зависимых цитокинов (в частности, ИЛ-2). В конечном счете цепь событий от взаимодействия TCR с антигенным комплексом и образования сложного молекулярного агрегата до внутриклеточных реакционных преобразований приводит к пролиферации.

В- и Т-клетки обладают самостоятельными антигенраспознающими рецепторами, относящимися к одному и тому же суперсемейству иммуноглобулинов. Антигенраспознающие рецепторы В-клеток (BCR) представляют собой мономерную форму IgM, модифицированную дополнительной последовательностью аминокислотных остатков в С-концевой части молекулы. Эта последовательность составляет трансмембранный и хвостовой участки тяжелой цепи. Т-клеточный антигенраспознающий рецептор (TCR) состоит из двух полипептидных цепей, каждая из которых включает два домена: V и С. Механизм генетического контроля V-доменов как BCR, так и TCR в целом сходен и включает процесс случайной рекомбинации генных сегментов (V, D, J). Несмотря на то что функциональное предназначение антигенраспознающих рецепторов двух типов клеток одно и то же (распознавание чужеродности), реализация такой функции В- и Т-клетками осуществляется разными способами. В то время как slg В-клеток распознает собственно антигенную детерминанту без каких-либо дополнительных условий, TCR Т-клеток способен распознать только комплекс антигенной детерминанты с собственными молекулами I или II класса МНС.


Оцените статью: (10 голосов)
4.1 5 10
2007-2017 © Copyright ООО «МЕДКАРТА». Все права на материалы, находящиеся на сайте medkarta.com,
охраняются в соответствии с законодательством РФ, в том числе, об авторском праве и смежных правах.