Главная

Биологические или эффекторные функции иммуноглобулинов

Как уже указывалось в начале этой главы, молекулы иммуноглобулинов специфически связывают чужеродные молекулы, обусловливая таким путем их инактивацию и (или) удаление из организма. Доменная гипотеза явилась очень важным этапом в разгадке структурно-функциональных взаимоотношений у иммуноглобулинов. Согласно ей, каждый из возникших независимо доменов должен быть ответствен за ту или иную биологическую активность, и наоборот, определенные биологические или эффекторные функции выполняются лишь одним из доменов. Только немногие свойства молекул антител, если таковые вообще имеются, обусловлены взаимодействием доменов. Сам факт таких взаимодействий стал известен в последние годы, как и очевидное существование передачи сигнала между вариабельными и константными областями. Однако, за немногими исключениями, большинство свойств иммуноглобулиновых молекул все же приписывается тому или иному отдельному домену. Эксперименты, подтверждающие это положение, стали возможными благодаря определенным структурным свойствам иммуноглобулинов, описанным выше. Ряд ферментов расщепляет молекулу иммуноглобулинов на Fab- и Fc-фрагменты, которые в свою очередь можно разделить на составляющие их домены. Как уже говорилось, расщепляя Fab-фрагмент ферментами, можно получить Fv-фрагмент. Изучение последнего позволило сделать вывод, что идиотипия и антигенсвязывающая способность иммуноглобулинов полностью определяются строением вариабельных доменов.

Все эти свойства зависят в основном от четвертичной структуры молекулы, и даже очень незначительные изменения, вызываемые нагреванием, могут нарушать основные биологические функции. Роль углеводов в молекулах иммуноглобулинов полностью еще не выяснена. Это относится, в частности, и к их возможному участию в метаболической деградации иммуноглобулинов. В настоящее время появилась хорошая возможность вновь изучить этот давно назревший вопрос, поскольку известны вещества, с помощью которых можно подавить образование углеводов (например, туникамицин) или же удалить углеводный компонент (например, трифторметансульфокислоту).

Как правило, в ответ на определенный антигенный стимул иммунная система образует антитела всех классов и подклассов. Крайне трудно понять точный биологический смысл столь огромного разнообразия антител. При изучении этого вопроса антитела обычно фракционируют вначале по их способности реагировать с антигеном, а затем полученные фракции разделяют на различные классы и подклассы. Разумеется, подобное фракционирование очень искусственно, так как гетерогенность вариабельных областей делает невозможным точное сравнение, для которого необходимо иметь молекулы с одной вариабельной, но разными константными областями. Однако недавно были сделаны два существенных достижения, позволившие экспериментально подойти к решению этого вопроса. Во-первых, появилась возможность осуществить переключение синтеза одного класса гибридомных антител на другой. При этом вначале индуцируют моноклональное антитело к определенному антигену, а затем в культуре клеток отбирают варианты гибридом, переключившихся с синтеза одного класса на другой. Таким путем в принципе можно получить моноклональные антитела, вариабельные области которых идентичны, а константные выполняют самые разные эффекторные функции. Подробное физико-химическое и биологическое изучение таких молекул должно дать важные данные о роли константных областей. Еще более многообещающим должно быть использование технологии рекомбинантных ДНК, с помощью которой можно сконструировать молекулы иммуноглобулинов, отдельные домены которых будут взяты от молекул разных классов. Например, из молекул IgG2a и IgG2b, возможно, удастся получить молекулу с замененным СHЗ-доменом и затем исследовать физико-химические и биологические свойства такой «рекомбинантной» молекулы. Этот метод может оказаться особенно полезным для выяснения роли шарнирной области, которая, как говорилось, является исключительно вариабельной не только у классов и подклассов иммуноглобулинов одного вида, но и у классов иммуноглобулинов разных видов. Влияние шарнирной области на биологические свойства двух С-концевых доменов иммуноглобулинов хорошо видно на примере IgG4 человека. Белки этого подкласса иммуноглобулинов, как показано многочисленными экспериментами, не связывают C1q и поэтому не могут инициировать активацию комплемента по классическому пути. Одинаковые результаты были получены как с очищенными миеломными IgG4 человека в нативном виде, так и с препаратами, агрегированными различными способами. Однако изолированные Fc-фрагменты из этих же молекул оказались способными активировать комплемент по классическому пути. Очевидно, что не существует каких-либо структурных дефектов в СH2- или СHЗ-доменах молекул IgG4 (известно, что C1q связывается с СH2-доменом). Скорее всего, у этих белков Fab- субъединицы расположены из-за особого строения шарнирной области таким образом, что прикрывают участки СH2-доменов, ответственные за комплексирование с C1q. Сейчас уже получено много экспериментальных данных в пользу изложенной гипотезы. Поэтому недостаточно лишь изучить биологические свойства молекул миеломных белков или неспецифических иммуноглобулинов. Значительно важнее это же проделать на антителах после их реакции с антигеном. Ведь вполне возможно, что IgG4-антитела после связывания антигена приобретают способность к фиксации комплемента точно так же, как и антитела подклассов IgG1, 2 и 3.

Физические, химические и биологические свойства классов иммуноглобулинов человека

Свойство (данные о биосинтезе, скорости обмена и количестве в кровотоке взяты из работы Уолдмена и др.) IgC IgA IgM IgD IgE
Обычная молекулярная форма Мономер Мономер, димер и т. д. Пентамер Мономер Мономер
Молекулярная формула χ2γ2 или λ2γ2 2α2) η или
2α2) η
2μ2)5 или
2μ2)5
χ2δ2 или λ2δ2 χ2ε2 или λ2ε2
Другие цепи J-цепь, СК J-цепь
Подклассы IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 IgAI, IgA2 Не найдены Нет Нет
Подкласс тяжелых цепей γ1, γ2, γ3, γ4 α1, α2
Аллотипы тяжелых цепей Gm (около 20) Am (2) Mm (2)
Молекулярная масса 150 000 160 000 950 000 175 000 190 000
Коэффициент седиментации (S20, w) 6,6S 7S, 9S,
11S, 14S
19S 7S 8S
Содержание углеводов (%) 3 7 10 9 13
Количество в сыворотке (в среднем у взрослых, мг/100 мл) 1250±300 210±50 125±50 4 0,03
Процент от общего количества иммуноглобулинов в сыворотке 75—85 7—15 5—10 0,3 0,003
Всего в кровотоке (мг/кг веса) 494,0 95,0 37,0 1,1 0,019
Период полураспада (дни) 23,0 5,8 5,1 2,8 2,5
Скорость синтеза (мг/кг за 1 день) 33,0 24 6,7 0,4 0,016
Парапротеинемия Миелома Миелома Макрогло-булинемия Миелома Миелома
Валентность антител 2 2 5 или 10 ? ?
Фиксация комплемента (по классическому пути) + (IgG1, 2, 3) +
Активация комплемента (альтернативный путь) + (IgG4) (IgA1, 2) +
Связывание с клетками Макрофаги, нейтрофилы ? Тучные клетки
Другие биологические свойства Вторичный иммунный ответ, перенос через плаценту Характерные антитела в секретах Первичный иммунный ответ; ревматоидный фактор Основная молекула поверхности лимфоцитов Гомоцитотроп-ные антитела, анафилаксия; аллергия

Биологические свойства подклассов иммуноглобулинов человека

  IgG1 IgG2 IgG3 IgG4
Фиксация комплемента (классический путь)
Пассивная кожная анафилаксия
Связывание с Fc-рецепторами полиморфноядерных лейкоцитов
Связывание с Fc-рецепторами моноцитов
Перенос через плаценту
++++
+
+

+
+
++

+


+
++++
+
+

+
+
+
+
+


+

В таблицах приведены биологические свойства иммуноглобулинов человека. Как правило, свойства, которыми обладает данный класс одного вида, имеются у того же класса и других видов. В отношении подклассов такой закономерности не наблюдается, хотя определенный параллелизм существует и в этом случае. Но поскольку номенклатура подклассов у различных видов была установлена без учета их биологических свойств, то прямого соответствия не наблюдается. Например, у человека антитела к углеводным антигенам часто относятся к IgG2, тогда как у мышей такие же антитела принадлежат к IgG3.

Copyright © 2011-2012