Как "устроены" иммуноглобулины
Медицинский термин антитело(а) сейчас знаком почти каждому. На слуху и кое-что ещё «из этой оперы». Скажем, такие термины как гамма-глобулин, иммуноглобулины, моноклональные антитела, нейтрализующие антитела, классы иммуноглобулинов (в первую очередь - IgG, IgA, IgM), титры антител и т.д.). Но если Вы хотите погрузиться в тему иммунитета, опосредуемого антителами, немного глубже, то не обойтись без элементарных знаний о строении антител и их основных характеристиках. Боюсь в один пост здесь не уложиться…
Начну с иммуноглобулинов.
Антитела были открыты в начале последнего десятилетия 19-го века, как некие растворимые «анти-токсины», присутствующие в сыворотке крови, которые вырабатываются в ответ на введение бактериальных токсинов и способны «нейтрализовать» эти токсины.
За это открытие была присуждена первая Нобелевская премия по медицине/физиологии (1901г, лауреат Emil von Behring). Беринг, несомненно, был выдающимся учёным и врачом, но справедливо ли то, что эту премию получил он один, по меньшей мере, спорно. Погружаться в детали не буду, но тем, кто интересуется неприглаженной историей науки, советую почитать о сложных взаимоотношениях «гигантов на плечах которых мы стоим» (Кох, Пастер, Беринг, Эрлих, Шибасабуро, Ру, Борде и др.). А они, безусловно, были гигантами в науке.
После открытия антитоксинов были обнаружены аналогичные субстанции, «контрагентом» которых были не бактериальные токсины, а самые разнообразные антигены: «агглютинины» («склеивающие» эритроциты или бактерии в комочки), «преципитины» (переводящие из растворимого состояния в нерастворимое антигены против которых они направлены), «опсонины» (усиливающие фагоцитоз) и др. На то, чтобы разобраться, что все они суть одно и то же - АНТИТЕЛА, ушло около 50 лет. Ещё около 20 лет понадобилось для того, чтобы выяснить какова «конструкция» антител. Оказалось, что все антитела «построены» из двух типов полипептидных цепей - тяжелых (heavy - H) и лёгких (light - L) (рисунки ниже). Приблизительно с этого времени молекулы антител стали называть иммуноглобулинами (Immunoglobulins - Ig), а не гамма-глобулинами (как это было принято в 1940-50 гг).
Термины антитело и иммуноглобулин почти синонимы. Любое антитело это Ig. Но не любая молекула Ig является антителом. Строго говоря антитела, это только те молекулы Ig, которые растворимы и в таком виде находятся в биологических жидкостях. Но есть ещё нерастворимые Ig, которые «пришвартованы» к клеточной мембране B-лимфоцитов. Эти Ig не являются антителами, но они выполняют важнейшую функцию - рецепторов антигенов. Их называют BCR (B-Cell Receptor). Но с точки зрения молекулярной структуры это IgM и IgD c некоторыми дополнениями.
Всего есть 5 классов Ig: G, M, A (основные), E и D. Класс Ig определяется их H-цепями, которые обозначаются греческими буквами, соответстветственно латинским обозначениям классов: гамма-G, мю-M, альфа-A, эпсилон-E, дельта-D. Для всех классов Ig есть 2 типа L-цепей: каппа и лямбда, но в каждой молекуле Ig, могут быть только L-цепи одного типа (т.е. каппа-каппа и лямбда-лямбда).
«Стандартная конструкция» у всех классов Ig одинакова и напоминает букву Y. Схематически выглядит это так (зеленое - H цепи, в каждой 4 домена; желтое - L-цепи, в каждой 2 домена):
То, что необходимо для основной функции антител - специфического связывания с антигеном (точнее конкретным эпитопом антигена), сосредоточено в доменах, обозначенных красным.
Эти домены H- и L- цепей называются вариабельными (variable - V). Их «верхушка» (на рисунке «волнистая») образует «антиген-распознающий-связывающий» центр антитела. В стандартной Y-образной конструкции у каждой молекулы Ig таких центров два и их специфичность идентичны (т.е. они направлены против одного и того же эпитопа). Иными словами, такое антитело может связаться с двумя молекулами антигена, если у них имеется один и тот же эпитоп - оно 2-х валентно.
Домены H- и L- цепей, которые на рисунке обозначены синим называются константными (constant - C). К взаимодействию с антигеном эти части Ig отношения не имеют.
«Ножка» Ig (4 константных домена H-цепей) называется Fc фрагментом. Эта часть Ig важна, минимум, по двум причинам: 1) у некоторых клеток есть Fc-рецепторы, т.е. на них Ig могут «цепляться» неспецифически; 2) в иммунологических тестах широко используются «меченные» антитела (флуоресцентными, люминесцентными, ферментными и другими метками) и оптимальным местом для «прикрепления» метки является Fc фрагмент Ig.
Y-образную конструкцию имеют IgG, сывороточный IgA, IgE и IgD.
IgM состоит из 5-ти Y-образных субъединиц в форме 5-конечной звезды. Этот иммуноглобулин 10-ти валентен (рисунок ниже).
Помимо сывороточного IgA есть секреторный вариант IgA (SIgA). Это димер двух «обычных» молекул IgA, соединённых «связывающей» полипептидной цепочкой (joining - J)
Как видите, конструкции молекул иммуноглобулинов, довольно сложные. Добавьте к этому то, что гены, кодирующие H- и L-цепи находятся на разных хромосомах. Более того, эти «супер-гены» включают множество вариантов («элементарных генов»), кодирующих V- и C- домены из которых «собирается» конечный вариант для каждого клона B-клеток. Причём, собирается таким образом, что количество потенциальных специфичностей антител огромно. Остаётся только удивляться, как B-клетки с этим справляются... Но справляются!
Более конкретно о генерации многообразия антительных специфичностей в другой раз. Впрочем, есть ещё немало, связанного с антителами/иммуноглобулинами, что попроще для понимания. Но для сегодняшнего поста, думаю, уже достаточно. Если будет интерес, эту тематику продолжу.
Проф_АФВ