«МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ 2-Е ИЗДАНИЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ В 3 томах 3 Перевод с английского канд. биол. наук В. П. Коржа, канд. биол. наук Н.В. Сониной, ...»

18.1.2. В-лимфоциты реализуют гуморальные иммунные ответы, а Т-лимфоциты - иммунные ответы клеточного типа [2] В 60-х годах было установлено, что два основных класса иммунных реакций опосредуются двумя различными классами лимфоцитов: Тклетки, развивающиеся в тимусе, ответственны за клеточный иммунитет, а В-клетки, которые у млекопитающих развиваются в костном мозге взрослой особи или в печени плода, вырабатывают антитела. Такого рода дихотомию лимфоидной системы первоначально удалось выявить у животных с экспериментально вызванными иммунодефицитами. Было показано, что удаление тимуса у новорожденного детеныша сильно ослабляет клеточные иммунные реакции, но гораздо меньше сказывается на выработке антител. У птиц можно было продемонстрировать обратный эффект, поскольку В-лимфоциты развиваются у них в фабрициевой сумке (свойственный только птицам лимфоидный орган, связанный с кишечником). Удаление фабрициевой сумки у цыплят нарушает выработку антител, но мало влияет на клеточный иммунитет. Изучение детей, родившихся с нарушенным иммунитетом, показало, что некоторые из них неспособны к выработке антител, но обладают нормальным клеточным иммунитетом, у других же наблюдается обратное соотношение. У детей с избирательным нарушением клеточных форм иммунитета почти всегда выявляются аномалии развития тимуса.

При исследовании животных с дефицитом Т-клеток (вследствие раннего удаления или повреждения тимуса) было обнаружено загадочное явление: у этих животных не только отсутствовали клеточные иммунные реакции, но была также несколько понижена способность к выработке антител. Как мы теперь знаем, это обусловлено тем, что некоторые из Т-клеток играют ключевую роль в регуляции иммунитета и действуют как помощники В-клеток в процессе гуморального ответа.

Действительно, большая часть Т-лимфоцитов играет в иммунитете регулирующую роль, усиливая или подавляя реакции других лейкоцитов. Эти клетки, называемые соответственно Т-хелперами и Т-супрессорами, объединяют в группу регуляторных клеток. Другие Тлимфоциты, которые называют цитотоксическими Т-клетками, убивают клетки, инфицированные вирусами. Поскольку и цитотоксические Тлимфоциты, и В-лимфоциты непосредственно участвуют в защите организма от инфекции, эти два типа лимфоцитов объединяют под названием эффекторных клеток.

18.1.3. Лимфоциты развиваются в первичных лимфоидных органах, а с чужеродными антигенами реагируют во вторичных лимфоидных органах [3] Лимфоциты развиваются из плюрипотентных стволовых клеток, дающих начало всем клеткам крови, включая эритроциты, лейкоциты и тромбоциты (разд. 17.5.4). Эти стволовые клетки находятся главным образом в кроветворных тканях - в печени (у плода) и костном мозге (у взрослых). В-клетки у млекопитающих образуются из стволовых клеток в самих кроветворных тканях, а у птиц - в фабрициевой сумке из клетокпредшественников, которые мигрируют сюда из кроветворных тканей через кровь. Т-клетки у всех позвоночных развиваются в тимусе, куда клетки-предшественники мигрируют через кровь из кроветворных тканей. Поскольку кроветворные ткани, фабрициева сумка и тимус служат местами, где из клеток-предшественников образуются лимфоциты, их называют первичными лимфоидными органами (см. рис. 18-1). Хотя многие лимфоциты гибнут вскоре после своей дифференцировки в первичном лимфоидном органе (разд. 18.6.17), часть из них Рис. 18-3. Развитие Т- и В-лимфоцитов. И у млекопитающих, и у птиц небольшое число клеток-предшественников мигрирует с кровью в тимус, где они дифференцируются в лимфоциты тимуса. Большинство этих лимфоцитов в тимусе погибает, но некоторые мигрируют во вторичные лимфоидные органы и становятся лимфоцитами, происходящими из тимуса (Т-клетками). У птиц клетки-предшественники переходят в фабрициеву сумку, где дифференцируются в лимфоциты сумки; многие из этих лимфоцитов погибают, а некоторые мигрируют во вторичные лимфоидные органы и становятся лимфоцитами, происходящими из фабрициевой сумки (В-клетками). У млекопитающих клетки-предшественники, предназначенные для того, чтобы стать В-клетками, дифференцируются в лимфоциты в самой кроветворной ткани, а затем переходят во вторичные лимфоидные органы и становятся здесь В-клетками. Термины «Т-клетки» и «В-клетки» часто используются также для обозначения лимфоцитов тимуса и сумки (или костного мозга) соответственно. На какой стадии развития клетки-предшественники становятся детерминированными (коммитированными) к развитию в Т- или В-лимфоциты, пока не ясно. Несколько позже в этой главе мы обсудим, почему в первичных мигрирует с током крови во вторичные лимфоидные органы - главным образом в лимфатические узлы, селезенку и некоторые участки пищеварительного тракта (аппендикс, миндалины, аденоиды и пейеровы бляшки в тонком кишечнике (см. рис. 18-1). В основном именно во вторичных лимфоидных органах Т-клетки и В-клетки реагируют с чужеродными антигенами (рис. 18-3).

Поскольку миграция лимфоцитов из тимуса и фабрициевой сумки происходит в основном на ранних стадиях развития, удаление этих органов у взрослого животного сравнительно мало влияет на иммунный ответ; именно поэтому их роль в иммунитете так долго оставалась неизвестной. Напротив, костный мозг у млекопитающих в течение всей жизни продолжает генерировать большое число новых В-клеток (у мыши около 5-107 в сутки).

18.1.4. Маркеры клеточной поверхности позволяют различать и разделять Т- и В-клетки [4] Т- и В-лимфоциты становятся морфологически различимыми только после стимуляции антигеном. Нестимулированные («покоящиеся») Т- и В-клетки выглядят очень сходно даже в электронном микроскопе: это небольшие - лишь немногим крупнее эритроцита-клетки, в которых большую часть объема занимает ядро (рис. 18-4, А). Те и другие активируются антигеном, вызывающим их пролиферацию и дальнейшее созревание. Активированные В-лимфоциты становятся в дальнейшем продуцентами антител. Из этих клеток наиболее зрелые-плазматические клетки с чрезвычайно развитым гранулярным эндоплазматическим ретикулом (рис. 18-4, Б). В отличие от этого активированные Т-лимфоциты содержат очень мало элементов ретикулума и не секретируют антител (рис. 18-4, В).

Поскольку и Т-, и В-лимфоциты встречаются во всех вторичных лимфоидных органах, нужно было найти методы, которые позволяли бы различать и разделять эти два типа клеток и их различные подтипы, чтобы можно было изучать их индивидуальные свойства. К счастью, различительными маркерами могут служить многочисленные гликопротеины плазматической мембраны, характерные для разных типов лимфоцитов. Например, антитела к гликопротеину Thy-1 (разд. 18.6.20), который у мышей имеется на Т-, но не на В-лимфоцитах, широко Рис. 18-4. Электронные микрофотографии покоящегося лимфоцита (А), активной В-клетки (Б) и активной Т-клетки (В). Покоящийся лимфоцит может быть Т- или В-клеткой, так как эти два вида лимфоцитов до их активации трудно различить по морфологическим признакам. Активная Вклетка (плазматическая клетка) заполнена гранулярным эндоплазматическим ретикулумом, полости которого набиты молекулами антител, тогда как в активной Т-клетке относительно мало гранулярного ретикулума, но зато очень много свободных рибосом. Все три клетки представлены при одинаковом увеличении. (С любезного разрешения: A-Dorothy Zucker-Franklin, Б - Carlo Grossi, В - Stefanello de Petris. А и Б - из D. Zucker-Franklin et используют для удаления или очистки Т-клеток из смешанной популяции лимфоцитов мыши. Антитела к гликопротеинам CD4 и CD8 (разд. 18.6.5) аналогичным образом широко используются для того, чтобы различать и разделять соответственно Т-клетки-хелперы и цитотоксические Т-клетки мыши и человека.

18.1.5. Работа иммунной системы основана на принципе клональной селекции [5] Самое поразительное свойство иммунной системы - то, что она может высокоспецифичным образом реагировать на миллионы чужеродны антигенов, например вырабатывая антитела, специфически взаимодействующие с тем антигеном, который вызвал их образование. Как может иммунная система обеспечивать такое разнообразие специфических антител? Одна из гипотез, весьма популярная вплоть до 40-х годов, состояла в том, что антитела синтезируются в виде развернутых полипептидных цепей, а их конечная конформация определяется антигеном, вокруг которого они сворачиваются. В то время это казалось простейшим объяснением того факта, что животные могут вырабатывать специфические антитела к молекулам, созданным человеком и не существующим в природе. Однако от такой инструктивной гипотезы пришлось отказаться, когда специалисты по химии белков установили, что трехмерная структура свернутой белковой молекулы, такой кaк молекула антитела, определяется только ее аминокислотной последовательностью. В самом деле, денатурированная (развернутая) молекула антитела может вновь свернуться с образованием исходного антигенсвязывающего участка даже в отсутствие антигена.

В 50-х годах инструктивная гипотеза уступила место теории клональРис. 18-5. Теория клональной селекции. Антиген активирует только те клоны Т- и В-клеток, которые уже способны на него отвечать.

Предполагается, что иммунная система состоит из миллионов различных клонов лимфоцитов, из которых сотни могут быть активированы данным антигеном. В дальнейшем мы увидим, что индивидуальные клоны лимфоцитов редко отвечают на антиген автономно, как это показано на схеме и как первоначально предполагалось в теории клональной селекции. Их ответы обычно регулируются путем взаимодействий с другими клонами лимфоцитов (разд. 18.6.12). Кроме того, Т-клетки не отвечают на свободный антиген, как это показано на схеме; они отвечают только на антиген, ной селекции, согласно которой каждый лимфоцит в процессе своего развития приобретает способность реагировать с определенным антигеном, еще ни разу с ним не встретившись. Это обусловлено тем, что на поверхности клетки появляются белки-рецепторы, которые специфически соответствуют какому-то антигену. Если клетка встретится с таким антигеном, то его связывание с рецепторами активирует клетку - вызовет ее размножение и созревание ее потомков. Таким образом, чужеродный антиген селективно стимулирует те клетки, у которых окажутся комплементарные ему специфические рецепторы и которые поэтому неизбежно будут реагировать именно на этот антиген - вот почему иммунные ответы антиген-специфичны (рис. 18-5).

Такую селекцию называют «клональной» потому, что иммунную систему, согласно этой теории, образуют миллионы различных клеточных «семейств», или клонов, каждый из которых состоит из Т- или В-лимфоцитов, происходящих от общего предка. Поскольку каждая клетка-предшественница уже детерминирована (или, как говорят, коммитирована) к выработке одного определенного антиген-специфического белка-рецептора, все клетки клона имеют одинаковую антигенную специфичность. Таким образом, согласно теории клональной селекции, иммунную систему по принципу ее работы можно сравнить скорее с фабрикой готовой одежды, чем с ателье, где шьют по мерке. Вопрос о том, как организм животного может вырабатывать такое множество разных антител, становится поэтому проблемой генетики, а не белковой химии.