Структура и функционирование т клеточного рецептора. Антигенраспознающие рецепторы т-клеток. Взаимодействие тимоцитов с тимическими нелимфоидными клетками

Основная задача T-лимфоцитов - распознавание чужеродных или изменённых собственных антигенов в составе комплекса с молекулами MHC. Если на поверхности своих клеток будут представлены чужеродные или изменённые свои молекулы, T-лимфоцит запускает их уничтожение.

В отличие от B-лимфоцитов, T-лимфоциты не продуцируют растворимых форм антигенраспознающих молекул. Более того, большинство T-лимфоцитов не способны распознавать и связывать растворимые антигены.

Для того чтобы T-лимфоцит «обратил на антиген своё внимание», другие клетки должны каким-то образом «пропустить» антиген через себя и выставить его на своей мембране в комплексе с MHC-I или MHC-II. Это и есть феномен презентации антигена T-лимфоциту. Распознавание такого комплекса T-лимфоцитом - двойное распознавание, или MHC-рестрикция T-лимфоцитов.

АНТИГЕНРАСПОЗНАЮЩИЙ РЕЦЕПТОР T-ЛИМФОЦИТОВ

Антигенраспознающие рецепторы T-клеток - TCR состоят из цепей, принадлежащих к суперсемейству иммуноглобулинов (см. рис. 5-1). Выступающий над поверхностью клетки антигенраспознающий участок TCR - гетеродимер, т.е. состоит из двух разных полипептидных цепей. Известны два варианта TCR, обозначаемые как αβTCR и γδTCR. Эти варианты различаются составом полипептидных цепей антигенраспознающего участка. Каждый T-лимфоцит экспрессирует только 1 вариант рецептора. αβT-клетки были открыты раньше и изучены подробнее, чем γδT-лимфоциты. В связи с этим строение антигенраспознающего рецептора T-лимфоцитов удобнее описывать на примере αβTCR. Трансмембранно расположенный комплекс TCR состоит из 8 полипептидных

Рис. 6-1. Схема Т-клеточного рецептора и связанных с ним молекул

цепей (гетеродимера α- и β-цепей собственно TCR, двух вспомогательных цепей ζ, а также по одному гетеродимеру ε/δ- и ε/ γ-цепей молекулы СD3) (рис. 6-1).

. Трансмембранные цепи α и β TCR. Это 2 примерно одинаковые по размеру полипептидные цепи - α (молекулярная масса 40-60 кДа, кислый гликопротеин) и β (молекулярная масса 40-50 кДа, нейтральный или основный гликопротеин). Каждая из этих цепей содержит по 2 гликозилированных домена во внеклеточной части рецептора, гидрофобную (положительно заряженную за счёт остатков лизина и аргинина) трансмембранную часть и короткий (из 5-12 остатков аминокислот) цитоплазматический участок. Внеклеточные части обеих цепей соединены одной дисульфидной связью.

- V-область. Наружные внеклеточные (дистальные) домены обеих цепей имеют вариабельный аминокислотный состав. Они гомологичны V-области молекул иммуноглобулинов и составляют V-область TCR. Именно V-области α- и β-цепей вступают в связь с комплексом MHC-пептид.

-C-область. Проксимальные домены обеих цепей гомологичны константным областям иммуноглобулинов; это C-области TCR.

Короткий цитоплазматический участок (как α-, так и β-цепи) не может самостоятельно обеспечить проведение сигнала внутрь клетки. Для этого служат 6 дополнительных полипептидных цепей: γ, δ, 2ε и 2ζ.

.Комплекс CD3. Цепи γ, δ, ε между собой образуют гетеродимеры γε и δε (вместе их называют комплекс CD3). Этот комплекс необходим для экспрессии α- и β-цепей, их стабилизации и проведения сигнала внутрь клетки. Этот комплекс состоит из внеклеточной, трансмембранной (отрицательно заряженной и потому электростатически связанной с трансмембранными участками α- и β-цепей) и цитоплазматической частей. Важно не путать цепи CD3-комплекса с γδ-цепями димера TCR.

.ζ-Цепи соединены между собой дисульфидным мостиком. Большая часть этих цепей расположена в цитоплазме. ζ-Цепи осуществляют проведение сигнала внутрь клетки.

.ITAM-последовательности. Цитоплазматические участки полипептидных цепей γ, δ, ε и ζ содержат 10 последовательностей ITAM (1 последовательность в каждой γ-, ε- и δ-цепях и 3 - в каждой ζ-цепи), взаимодействующих с Fyn - тирозинкиназой цитозоля, активация которой инициирует начало биохимических реакций по проведению сигнала (см. рис. 6-1).

В связывании антигена участвуют ионные, водородные, ван-дерваальсовы и гидрофобные силы; конформация рецептора при этом существенно изменяется. Теоретически каждый TCR способен связывать порядка 10 5 разных антигенов, причём не только родственных по строению (перекрёстно реагирующих), но и не гомологичных по структуре. Однако в реальности полиспецифичность TCR ограничивается распознаванием всего лишь нескольких структурно схожих антигенных пептидов. Структурной основой этого феномена является особенность одновременного распознавания TCR комплекса «МНС-пептид».

Корецепторные молекулы CD4 и CD8

Помимо самого TCR каждый зрелый T-лимфоцит экспрессирует одну из так называемых корецепторных молекул - CD4 или CD8, которые также взаимодействуют с молекулами MHC на АПК или клеткахмишенях. Каждая из них имеет цитоплазматический участок, связанный

с тирозинкиназой Lck, и, вероятно, вносит свой вклад в проведение сигнала внутрь клетки при распознавании антигена.

.CD4 (β2-доменом) молекулы MHC-II (принадлежит к суперсемейству иммуноглобулинов, см. рис. 5-1, б). CD4 имеет молекулярную массу 55 кДа и 4 домена во внеклеточной части. При активации T-лимфоцита одну молекулу TCR «обслуживают» 2 молекулы CD4: вероятно, происходит димеризация молекул CD4.

.CD8 связывается с инвариантной частью (αЗ-доменом) молекулы MHC-I (принадлежит к суперсемейству иммуноглобулинов, см. рис. 5-1, а). CD8 - гетеродимер цепей α и β , соединённых дисульфидной связью. В некоторых случаях обнаруживают гомодимер из двух α-цепей, который также может взаимодействовать с MHC-I. Во внеклеточной части каждая из цепей имеет по одному иммуноглобулиноподобному домену.

Гены T-клеточного рецептора

Гены α-, β-, γ- и δ-цепей (рис. 6-2, также см. рис. 5-4) гомологичны генам иммуноглобулинов и претерпевают при дифференцировке T-лимфоцитов рекомбинацию ДНК, что теоретически обеспечивает генерацию порядка 10 16 -10 18 вариантов антигенсвязывающих рецепторов (реально это разнообразие ограничено числом лимфоцитов в организме до 10 9).

.Гены α-цепи имеют ~54 V-сегмента, 61 J- и 1 C-сегмент.

.Гены β-цепи содержат ~65 V-сегментов, 2 D-сегмента, 13 J-сегментов и 2 C-сегмента.

.Гены δ-цепи. Между V- и J-сегментами α-цепи расположены гены D-(3), J-(4) и C-(1) сегментов δ-цепи γδTCR. V-сегменты δ-цепи «вкраплены» среди V-сегментов α-цепи.

.Гены γ-цепи γδTCR имеют 2 C-сегмента, 3 J-сегмента перед первым C-сегментом и 2 J-сегмента перед вторым C-сегментом, 15 V-сегментов.

Перестройка генов

.Рекомбинация ДНК происходит при объединении V-, D- и J-сегментов и катализируется тем же комплексом рекомбиназ, что и при дифференцировке B-лимфоцитов.

.После перестройки VJ в генах α-цепи и VDJ в генах β-цепи, а также после присоединения некодируемых N- и P-нуклеотидов с ДНК

Рис. 6-2. Гены α- и β-цепей антигенраспознающего рецептора T-лимфоцитов человека

транскрибируется РНК. Объединение с C-сегментом и удаление лишних (неиспользуемых) J-сегментов происходит при сплайсинге первичного транскрипта.

. Гены α-цепи могут перестраиваться неоднократно при уже правильно перестроенных и экспрессированных генах β-цепи. Именно поэтому есть некоторая вероятность того, что одна клетка может нести более одного варианта TCR.

. Соматическому гипермутагенезу гены TCR не подвергаются.

ПРОВЕДЕНИЕ СИГНАЛА С АНТИГЕНРАСПОЗНАЮЩИХ РЕЦЕПТОРОВ ЛИМФОЦИТОВ

TCR и BCR имеют ряд общих закономерностей регистрации и проведения в клетку активационных сигналов (см. рис. 5-11).

. Кластеризация рецепторов. Для активации лимфоцита необходима кластеризация антигенраспознающих рецепторов и корецепторов, т.е. «сшивка» нескольких рецепторов одним антигеном.

. Тирозинкиназы. В проведении сигнала играют значительную роль процессы фосфорилирования/дефосфорилирования белков по остатку тирозина под действием тирозинкиназ и тирозинфосфатаз,

ведущие к активации или инактивации этих белков. Эти процессы легко обратимы и «удобны» для быстрых и гибких реакций клетки на внешние сигналы.

. Киназы Src. Богатые тирозином ITAM-последовательности цитоплазматических участков иммунорецепторов подвергаются фосфорилированию под действием нерецепторных (цитоплазматических) тирозинкиназ семейства Src (Fyn, Blk, Lyn в B-лимфоцитах, Lck и Fyn - в T-лимфоцитах).

. Киназы ZAP-70 (в T-лимфоцитах) или Syk (в B-лимфоцитах), связываясь с фосфорилированными ITAM-последовательностями, активируются и начинают фосфорилировать адапторные белки: LAT (Linker for Activation of T cells) (киназой ZAP-70), SLP-76 (киназой ZAP-70) или SLP-65 (киназой Syk).

. Адапторные белки рекрутируют фосфоинозитид-3-киназу (PI3K). Эта киназа в свою очередь активирует серин/треониновую протеинкиназу Akt, вызывая усиление белкового биосинтеза, что способствует ускоренному росту клеток.

. Фосфолипаза C γ(см. рис. 4-8). Киназы семейства Tec (Btk - в B-лимфоцитах, Itk - в T-лимфоцитах) связывают адапторные белки и активируют фосфолипазу Cγ(PLCγ).

PLCγрасщепляет фосфатидилинозитдифосфат (PIP 2) клеточной мембраны на инозит-1,4,5-трифосфат (IP 3) и диацилглицерин

(DAG).

DAG остаётся в мембране и активирует протеинкиназу С (PKC) - серин/треониновую киназу, которая активирует эволюционно «древний» фактор транскрипции NFκB.

IP 3 связывается со своим рецептором в эндоплазматическом ретикулуме и высвобождает ионы кальция из депо в цитозоль.

Свободный кальций активирует кальцийсвязывающие белки - кальмодулин, регулирующий активность ряда других белков, и кальциневрин, дефосфорилирующий и тем самым активирующий ядерный фактор активированных T-лимфоцитов NFAT (Nuclear Factor of Activated T cells).

. Ras и другие малые G-белки в неактивном состоянии связаны с ГДФ, но адапторные белки заменяют последний на ГТФ, чем переводят Ras в активное состояние.

Ras обладает собственной ГТФазной активностью и быстро отщепляет третий фосфат, чем возвращает себя в неактивное состояние (самоинактивируется).

В состоянии кратковременной активации Ras успевает активировать очередной каскад киназ, называемых MAPK (MitogenActivated Protein Kinase), которые в итоге активируют фактор транскрипции AP-1 в ядре клетки. На рис. 6-3 схематично представлены основные пути передачи сигналов с TCR. Активационный сигнал включается при связывании TCR с лигандом (комплексом молекула МНС-пептид) при участии корецептора (CD4 или CD8) и костимулирующей молекулы CD28. Это приводит к активации киназ Fyn и Lck. Красным цветом отмечены участки ITAM в цитоплазматических частях полипептидных цепей CD3. Отражена роль Src-киназ, связанных с рецептором, в фосфорилировании белков: как рецепторных, так и сигнальных. Обращает на себя внимание чрезвычайно широкий спектр эффектов киназы Lck, связанной с корецепторами; роль киназы Fyn установлена с меньшей определённостью (отражено в прерывистом характере линий).

Рис. 6-3. Источники и направление пусковых активационных сигналов при стимуляции Т-лимфоцитов. Обозначения: ZAP-70 (ζ-associated proteinkinase, мол. масса 70 кДа) - протеинкиназа р70, связанная с ζ-цепью; PLCγ (Phospholipase С γ) - фосфолипаза С, изоформа γ; PI3K (Phosphatidyl Inositol 3-kinase) - фосфатидилинозитол 3-киназа; Lck, Fyn -тирозинкиназы; LAT, Grb, SLP, GADD, Vav - адапторные белки

Ключевую роль в посредничестве между рецепторными киназами и адапторными молекулами и ферментами играет тирозинкиназа ZAP-70. Она активирует (через фосфорилирование) адапторные молекулы SLP-76 и LAT, а последняя передаёт активационный сигнал другим адапторным белкам GADD, GRB и активирует у-изоформу фосфолипазы С (PLCy). До этого этапа в передачу сигнала вовлекаются исключительно факторы, связанные с клеточной мембраной. Важный вклад во включение сигнальных путей вносит костимулирующая молекула CD28, реализующая своё действие через связанную с ней липидную киназу PI3K (Phosphatidyl Inositol 3-kinase). Основной мишенью киназы PI3K служит фактор Vav, связанный с цитоскелетом.

В результате формирования сигнала и передачи его от рецептора Т-клетки к ядру образуются 3 транскрипционных фактора - NFAT, AP-1 и NF-kB, индуцирующие экспрессию генов, контролирующих процесс активации Т-лимфоцитов (рис. 6-4). К образованию NFAT приводит сигнальный путь, не зависящий от костимуляции, который включается благодаря активации фосфолипазы С и реализуется с участием ионов

Рис. 6-4. Схема сигнальных путей при активации Т-клеток. NFAT (Nuclear factor of activated T cells), AP-1 (Activation protein-1), NF-κB (Nuclear factor of к -gene of B cells) - факторы транскрипции

Са 2+ . Этот путь вызывает активацию кальциневрина, который, обладая активностью фосфатазы, дефосфорилирует цитозольный фактор NFAT-Р. Благодаря этому NFAT-Р приобретает способность мигрировать в ядро и связываться с промоторами активационных генов. Фактор АР-1 формируется как гетеродимер из белков с-Fos и с-Jun, образование которых индуцируется благодаря активации соответствующих генов под влиянием факторов, образующихся в результате реализации трёх компонентов МАР-каскада. Эти пути включаются при участии коротких ГТФ-связывающих белков Ras и Rac. Значительный вклад в реализацию МАР-каскада вносят сигналы, зависящие от костимуляции через молекулу CD28. Третий транскрипционный фактор, NF-kB, известен как основной транскрипционный фактор клеток врождённого иммунитета. Он активируется в результате расщепления блокирующей субъединицы IkB киназой IKK, которая в Т-клетках активируется в ходе передачи сигнала, зависимого от изоформы ϴ протеинкиназы С (PKC9). Основной вклад во включение этого сигнального пути вносят костимулирующие сигналы от CD28. Сформировавшиеся транскрипционные факторы, связавшись с промоторными участками генов, индуцируют их экспрессию. Для начальных этапов реакции Т-клеток на стимуляцию особенно важна экспрессия генов IL2 и IL2R, что обусловливает выработку ростового фактора Т-клеток ИЛ-2 и экспрессию его высокоаффинного рецептора на Т-лимфоцитах. В результате ИЛ-2 выступает как аутокринный ростовой фактор, обусловливающий пролиферативную экспансию Т-клеток клонов, вовлечённых в реакцию на антиген.

ДИФФЕРЕНЦИРОВКА T-ЛИМФОЦИТОВ

В основе выделения этапов развития Т-лимфоцитов лежит состояние рецепторных V-генов и экспрессии TCR, а также корецепторов и других мембранных молекул. Схема дифференцировки Т-лимфоцитов (рис. 6-5) аналогична приведённой выше схеме развития В-лимфоцитов (см. рис. 5-13). Приведены ключевые характеристики фенотипа и ростовых факторов развивающихся Т-клеток. Принятые обозначения стадий развития Т-клеток определяются экспрессией корецепторов: DN (от Double-Negative, CD4CD8) - двойные отрицательные, DP (от Double-Positive, CD4 + CD8 +) - двойные положительные, SP (от Single-Positive, CD4 + CD8 - и CD4CD8 +) - одинарно положительные. Деление DNтимоцитов на стадии DN1, DN2, DN3 и DN4 основывается на характере

Рис. 6-5. Развитие Т-лимфоцитов

экспрессии молекул CD44 и CD25. Другие условные обозначения: SCF (от Stem Cell Factor) - фактор стволовых клеток, lo (low; метка индекса) - низкий уровень экспрессии. Стадии реаранжировки: D-J - предварительный этап, соединение сегментов D и J (только в генах β- и δ-цепей TCR, см. рис. 6-2), V-DJ - завершающий этап, соединение зародышевого V-гена с объединённым сегментом DJ.

.Тимоциты дифференцируются из общей клетки-предшественника, которая ещё вне тимуса экспрессирует такие мембранные маркёры, как CD7, CD2, CD34 и цитоплазматическую форму CD3.

.Коммитированные к дифференцировке в T-лимфоциты клеткипредшественники мигрируют из костного мозга в субкапсулярную зону коры тимуса, где примерно в течение одной недели медленно пролиферируют. На тимоцитах появляются новые мембранные молекулы CD44 и CD25.

.Затем клетки перемещаются вглубь коры тимуса, молекулы CD44 и CD25 исчезают с их мембраны. В этой стадии начинается перестройка генов β -, γ- и δ-цепей TCR. Если гены γ- и δ-цепей успевают продуктивно, т.е. без сдвига рамки считывания, перестроиться раньше, чем гены β-цепи, то лимфоцит дифференцируется далее как γδT. В противном случае происходит экспрессия β-цепи на мембране в комплексе с pT α (инвариантной суррогатной цепью, заменяющей на этом этапе настоящую α-цепь) и CD3. Это служит

сигналом к прекращению перестройки генов γ- и δ-цепей. Клетки начинают пролиферировать и экспрессировать одновременно CD4 и CD8 - дважды позитивные тимоциты. При этом накапливается масса клеток с уже готовой β-цепью, но с ещё не перестроенными генами α-цепи, что вносит свой вклад в разнообразие αβ-гетеродимеров.

.На следующем этапе клетки перестают делиться и начинают перестраивать Vα-гены, причём несколько раз в течение 3-4 сут. Перестройка генов α-цепи приводит к необратимой делеции δ-локуса, расположенного между сегментами генов α-цепи.

.Происходят экспрессия TCR с каждым новым вариантом α-цепи и отбор (селекция) тимоцитов по силе связывания с комплексом MHC-пептид на мембранах эпителиальных клеток тимуса.

Позитивная селекция: погибают тимоциты, не связавшие ни одного из доступных комплексов MHC-пептид. В результате позитивной селекции в тимусе погибает около 90% тимоцитов.

Негативная селекция уничтожает клоны тимоцитов, связывающих комплексы MHC-пептид со слишком высокой аффинностью. Негативная селекция элиминирует от 10 до 70% клеток, прошедших позитивную селекцию.

Тимоциты, связавшие какой-либо из комплексов MHC-пептид с правильной, т.е. средней по силе, аффинностью, получают сигнал к выживанию и продолжают дифференцировку.

.На короткое время с мембраны тимоцитов исчезают обе корецепторные молекулы, а затем экспрессируется одна из них: тимоциты, распознавшие пептид в комплексе с MHC-I, экспрессируют корецептор CD8, а с MHC-II - корецептор CD4. Соответственно на периферию выходят (в соотношении около 2:1) T-лимфоциты двух типов: CD8 + и CD4 + , функции которых в предстоящих иммунных ответах различны.

-CD8 + T-клетки играют роль цитотоксических T-лимфоцитов (ЦТЛ) - они распознают и непосредственно убивают клетки, модифицированные вирусом, опухолевые и другие «изменённые» клетки (рис. 6-6).

-CD4 + T-клетки. Функциональная специализация CD4 + T-лимфоцитов более разнообразна. Значительная часть CD4 + T-лимфоцитов в процессе развития иммунного ответа становится T-хелперами (помощниками), взаимодействующими с В-лимфоцитами, Т-лимфоцитами и другими клетками при

Рис. 6-6. Механизм воздействия цитотоксического T-лимфоцита на клеткумишень. В Т-киллере в ответ на увеличение концентрации Са 2+ гранулы с перфорином (фиолетовые овалы) и гранзимами (жёлтые кружочки) сливаются с клеточной мембраной. Освободившийся перфорин встраивается в мембрану клетки-мишени с последующим образованием пор, проницаемых для гранзимов, воды и ионов. В результате клетка-мишень лизируется

прямом контакте или через растворимые факторы (цитокины). В определённых случаях из них могут развиться CD4 + ЦТЛ: в частности, такие T-лимфоциты обнаружены в значительных количествах в коже больных с синдромом Лайелла.

Субпопуляции T-хелперов

С конца 80-х годов XX века было принято выделять 2 субпопуляции T-хелперов (в зависимости от того, какой набор цитокинов они продуцируют) - Th1 и Th2. В последние годы спектр субпопуляций CD4 + Т-клеток продолжает расширяться. Обнаружены такие субпопуляции, как: Th17, T-регуляторы, Tr1, Th3, Tfh и др.

Основные субпопуляции CD4 + Т-клеток:

. Th0 - CD4 + Т-лимфоциты на ранних стадиях развития иммунного ответа, они продуцируют только ИЛ-2 (митоген для всех лимфоцитов).

.Th1 - дифференцированная субпопуляция CD4 + Т-лимфоцитов, специализирующаяся на продукции ИФН γ, ФНО β и ИЛ-2. Эта субпопуляция осуществляет регуляцию многих реакций клеточного иммунитета, включая гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ) и активацию ЦТЛ. Кроме того, Th1 стимулируют продукцию В-лимфоцитами опсонизирующих антител класса IgG, запускающих каскад активации комплемента. Развитие избыточного воспаления с последующим повреждением тканей напрямую связано с активностью Th1-субпопуляции.

.Th2 - дифференцированная субпопуляция CD4 + Т-лимфоцитов, специализирующаяся на выработке ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-10 и ИЛ-13. Эта субпопуляция участвует в активации В-лимфоцитов и способствует секреции ими больших количеств антител разных классов, особенно IgE. Кроме того, Th2-субпопуляция участвует в активации эозинофилов и развитии аллергических реакций.

.Th17 - субпопуляция CD4 + Т-лимфоцитов, специализирующаяся на образовании ИЛ-17. Эти клетки осуществляют противогрибковую и антимикробную защиту эпителиальных и слизистых барьеров, а также играют ключевую роль в патологии аутоиммунных заболеваний.

.Т-регуляторы - CD4 + Т-лимфоциты, подавляющие активность других клеток иммунной системы посредством секреции иммуносупрессорных цитокинов - ИЛ-10 (ингибитора активности макрофагов и Th1-клеток) и ТФРβ - ингибитора пролиферации лимфоцитов. Ингибиторный эффект может также достигаться при непосредственном межклеточном взаимодействии, поскольку на мембране некоторых Т-регуляторов экспрессированы индукторы апоптоза активированных и «отработавших» лимфоцитов - FasL (Fas-лиганд). Существует несколько популяций CD4 + регуляторных Т-лимфоцитов: естественные (Treg), созревающие в тимусе (CD4 + CD25 + , экспрессируют фактор транскрипции Foxp3), и индуцированные - локализованные преимущественно в слизистых оболочках пищеварительного тракта и переключившиеся на образование ТФРβ (Th3) или ИЛ-10 (Tr1). Нормальное функционирование Т-регуляторов необходимо для поддержания гомеостаза иммунной системы и предотвращения развития аутоиммунных заболеваний.

.Дополнительные хелперные популяции. В последнее время появляется описание всё новых популяций CD4 + Т-лимфоцитов, клас-

сифицированных по типу преимущественно продуцируемого ими цитокина. Так, как оказалось, одной из важнейших популяций являются Tfh (от англ. follicular helper - фолликулярный хелпер). Эта популяция CD4 + Т-лимфоцитов преимущественно расположена в лимфоидных фолликулах и осуществляет хелперную функцию для В-лимфоцитов посредством продукции ИЛ-21, вызывая их созревание и терминальную дифференцировку в плазматические клетки. Кроме ИЛ-21 Tfh могут также продуцировать ИЛ-6 и ИЛ-10, необходимые для дифференцировки В-лимфоцитов. Нарушение функций этой популяции приводит к развитию аутоиммунных заболеваний или иммунодефицитов. Другой «новоявленной» популяцией являются Th9 - продуценты ИЛ-9. По-видимому, это Th2, переключившиеся на секрецию ИЛ-9, способного вызывать пролиферацию Т-хелперных клеток при отсутствии антигенной стимуляции, а также усиливать секрецию В-лимфоцитами IgM, IgG и IgE.

Основные субпопуляции Т-хелперов представлены на рис. 6-7. На рисунке суммированы современные представления об адаптивных субпопуляциях CD4 + Т-клеток, т.е. субпопуляций, формирующих-

Рис. 6-7. Адаптивные субпопуляции CD4 + Т-клеток (цитокины, дифференцировочные факторы, хемокиновые рецепторы)

ся при иммунном ответе, а не в ходе естественного развития клеток. Для всех разновидностей Т-хелперов указаны цитокины-индукторы (на стрелках, ведущих к кружкам, символизирующим клетки), транскрипционные факторы (внутри кружков), хемокиновые рецепторы, направляющие миграцию (около линий, отходящих от «поверхности клетки»), и продуцируемые цитокины (в прямоугольниках, на которые направлены стрелки, отходящие от кружков).

Расширение семейства адаптивных субпопуляций CD4 + Т-клеток потребовало решения вопроса о природе клеток, с которыми взаимодействуют эти субпопуляции (кому они оказывают «помощь» в соответствии со своей функцией хелперов). Эти представления отражены на рис. 6-8. Здесь же представлен уточнённый взгляд на функции этих субпопуляций (участие в защите от определённых групп патогенов), а также о патологических последствиях несбалансированного усиления активности этих клеток.

Рис. 6-8. Адаптивные субпопуляции Т-клеток (клетки-партнёры, физиологические и патологические эффекты)

γ δT-лимфоциты

Подавляющее большинство (99%) T-лимфоцитов, проходящих лимфопоэз в тимусе, составляют αβT-клетки; менее 1% - γδT-клетки. Последние в большинстве дифференцируются вне тимуса, в первую очередь в слизистых оболочках пищеварительного тракта. В коже, лёгких, пищеварительном и репродуктивном трактах они являются доминирующей субпопуляцией внутриэпителиальных лимфоцитов. Среди всех T-лимфоцитов организма γδT-клетки составляют от 10 до 50%. В эмбриогенезе γδT-клетки появляются раньше αβT-клеток.

.γδT-клетки не экспрессируют CD4. Молекула CD8 экспрессирована на части γδT-клеток, но не в виде ap-гетеродимера, как на CD8 + apT-клетках, а в виде гомодимера из двух a-цепей.

.Антигенраспознающие свойства: γδTCR в большей степени напоминают иммуноглобулины, чем αβTCR, т.е. способны связывать нативные антигены независимо от классических молекул MHC - для γδT-клеток не обязателен или вовсе не нужен предварительный процессинг антигена АПК.

.Разнообразие γδTCR меньше, чем αβTCR или иммуноглобулинов, хотя в целом γδT-клетки способны распознавать широкий спектр антигенов (в основном это фосфолипидные антигены микобактерий, углеводы, белки теплового шока).

.Функции γδT-клеток ещё до конца не изучены, хотя становится преобладающим мнение, что они служат одним из связующих компонентов между врождённым и приобретённым иммунитетом. γδT-клетки - один из первых барьеров на пути патогенов. Кроме того, эти клетки, секретируя цитокины, играют важную иммунорегуляторную роль и способны дифференцироваться в ЦТЛ.

NKT-лимфоциты

Естественные киллерные Т-клетки (NKT-клетки) представляют особую субпопуляцию лимфоцитов, занимающую промежуточное положение между клетками врождённого и адаптивного иммунитета. Эти клетки имеют черты как NK-, так и Т-лимфоцитов. NKT-клетки экспрессируют αβTCR и характерный для NK-клеток рецептор NK1.1, принадлежащий к суперсемье лектиновых гликопротеинов С-типа. Однако TCR-рецептор NKT-клеток имеет существенные отличия от TCR-рецептора обычных клеток. У мышей большинство NKTклеток экспрессирует инвариантный V-домен a-цепи, состоящий из

сегментов Vα14-Jα18, иногда обозначаемый как Jα281. У человека V-домен α-цепи состоит из сегментов Vα24-JαQ. У мышей α-цепь инвариантного TCR преимущественно комплексируется с Vβ8.2, у человека - с Vβ11. Из-за особенностей строения цепей TCR NKTклеток называют инвариантным - iTCR. Развитие NKT-клеток зависит от молекулы CD1d, которая имеет сходство с молекулами МНС-I. В отличие от классических молекул МНС-I, презентирующих Т-клеткам пептиды, CD1d презентирует Т-клеткам только гликолипиды. Хотя считается, что печень является местом развития NKT-клеток, имеются строгие доказательства роли тимуса в их развитии. NKT-клетки играют важную роль в регуляции иммунитета. У мышей и людей с различными аутоиммунными процессами функциональная активность NKT-клеток сильно нарушена. Полной картины значимости таких нарушений в патогенезе аутоиммунных процессов нет. При некоторых аутоиммунных процессах NKT-клетки могут играть супрессорную роль.

Помимо контроля аутоиммунных и аллергических реакций, NKTклетки участвуют в иммунном надзоре, вызывая при повышении функциональной активности отторжение опухолей. Велика их роль в противомикробной защите, особенно на ранних этапах развития инфекционного процесса. NKT-клетки вовлекаются в различные воспалительные инфекционные процессы, особенно при вирусных поражениях печени. В целом NKT-клетки - многофункциональная популяция лимфоцитов, несущая ещё много научных загадок.

На рис. 6-9 обобщены данные о дифференцировке Т-лимфоцитов на функциональные субпопуляции. Представлены несколько уровней бифуркации: γ δТ/ αβТ, далее для αβТ-клеток - NKT/ остальные Т-лимфоциты, для последних - CD4 + /CD8 + , для CD4 + Т-клеток - Th/Treg, для CD8 + Т-лимфоцитов - CD8αβ/CD8αα. Показаны также дифференцировочные транскрипционные факторы, ответственные за все линии развития.

Рис. 6-9. Естественные субпопуляции Т-лимфоцитов и их дифференцировочные факторы

Т-клеточный рецептор (ТКР). На поверхности эффекторных, иммунных Т-лимфоцитов имеются Т-клеточные рецепторы к антигену, по структуре напоминающие антитела. Т-клеточный рецептор является гетеродимером и состоит из альфа - и бета - (молекулярная масса 40-50 кОа) и, реже, из?/?-цепей (1-5%-клеток в крови). В эпителии кишечника и в коже преобладают Т-лимфоциты с?/? рецепторами. Они распознают антигены микобактерий и взаимодействуют с белком р65 теплового шока. Каждая цепь имеет вариабельный и постоянный участки-домены, подобные тем, что имеются у иммуноглобулинов. Учитывая это сходство, ТКР относят к суперсемейству иммуноглобулиновых рецепторов.

Вариабельные домены цепей образуют структуру, обеспечивающую распознавание антигена. ТКР прочно связан с СDЗ-комплексом, состоящим из 5-ти полипептидных цепей (гамма, дельта, эпсилон, дзета, тэта) который передает сигнал от рецептора внутрь клетки. Следовательно, вся TKP-CD3 структура функционирует как семипептидный комплекс. Варианты Т-клеточных рецепторов заранее предсуществуют для каждого антигена. Такое разнообразие рецепторов запрограммировано генетически (у эмбрионов, имеется 30-500 генов, контролирующих вариабельные домены цепей). Однако число генов, кодирующих Т-рецепторы и антитела невелико - около 1000. За синтез?-цепи ответственны гены, находящиеся в 14-й хромосоме, а синтез?-цепи определяется локусами минигенов V, D, J. Между ними, также как у генов иммуноглобулинов, наблюдаются рекомбинации, объединения, которые создают различные варианты рецепторов для многих антигенов. Рекомбинации генов вариабельных цепей приводят к появлению около 3000 вариантов а и 1000 вариантов b цепей и только 40 ? и 27 ?. Их различные ассоциации создают более 4 млн ТКР2 вариантов и 10000 ТКР1 антигенспецифических рецепторов Т-клеток. Антиген связывается с теми рецепторами, которые ему наиболее соответствуют и стимулирует деление соответствующих клеток. Эти клетки образуют большой клон. Т-хелперы взаимодействуют с антигеном, ассоциированным с собственными молекулами ГКГС-II класса, а Т-супрессоры распознают антиген в комплексе с молекулами ГКГС I класса. Причем антиген должен быть представлен в виде пептида длиной 9-11 аминокислот для Т-супрессоров и 12-25 для Т-хелперов, т. е. переварен антигенпредставляющими клетками. С обычными белками, полисахаридами, липидами ТКР не взаимодействует.

Эффекторные лимфоциты разных субпопуляций выделяют большое число различных медиаторов. Помимо интерлейкинов, это лимфокины - факторы хемотаксиса, факторы, подавляющие миграцию гранулоцитов и макрофагов, митогенные факторы и др.

Супрессорные Т-клетки. Клетки генетически запрограммированные для супрессорной активности, отвечают преимущественно на продукты генов МНС класса I. В настоящее время описано большое количество супрессорных Т-клеток, имеющих отличительные особенности:

Супрессорные эффекторные Т-клетки связывают антиген и секретируют факторы, инактивирующие Т-хелперы;

Ts3 (supressor T cells) - это антигенсвязывающий, несущий идиотип эффекторный Т-супрессор, вызывающий супрессию реакций ГЗТ;

Т-супрессоры, узнающие молекулы (продукту) МНС класса II и предотвращающие пролиферацию клеток в ответ на антиген или супрессирующий секрецию антител антигенсвязывающими В-клетками;

Т-супрессоры, узнающие идиотип и связывающиеся с ним и тем самым супрессирующие секрецию антител В-клетками, несущие соответствующие антигенные детерминанты.

Цитотоксические Т-клетки или Т-киллеры. Они узнают антиген в комплексе с собственными МНС-молекулами класса I. Описаны также Т-киллеры, специфические к МНС-молекулам класса II. Они секретируют цитотоксические лимфокины.

Контрсупрессорные Т-клетки. Они предотвращают инактивацию Т-хелперов и Т-индукторов супрессорными эффекторными Т-клетками. Об этих клетках известно немного: они специфичны по отношению к антигену и играют важную роль в развитию иммунологической памяти при активной супрессии.

В целом, сейчас выделяют уже более 10 типов Т-клеток, а в будущем предстоит обнаружить еще большее их разнообразие. Однако в любом случае следует помнить о том, что у различных классов Т-клеток антиген узнают разные рецепторные молекулы. Используя современные методы биохимического, серологического и молекулярно-генетического анализа клонированных популяций Т-клеток, можно выявить различия между этими рецепторными молекулами.

Т-клеточный рецептор

Несмотря на то, что Т- и В-клетки довольно легко идентифицировать по поверхностным маркерам (Т3 или CD3 на Т-клетках и поверхностные Ig на В-клетках), следует иметь также представление о наиболее важных дифференцировочных антигенах Т-лимфоцитов человека. Важнейшими из них являются:

1. CD2 (от англ. Claster of differentiation - кластер дифференцировки) - это антиген, обнаруживаемый на всех зрелых периферических Т-лимфоцитах (идентичен "рецептору эритроцитов барана", именно он обеспечивает образование розеток с эритроцитами барана - методика выявления Т-клеток). CD2 принимает участие в процессе неспецифической активации Т-клеток, что играет важную роль при созревании клеток в тимусе, т.к. пролиферация тимоцитов индуцируется до начала экспрессии специфического антигенного процесса.

2. CD3 - это мембраносвязанный белковый комплекс, состоящий из пяти гликопротеинов, связанный с антигенспецифическим рецептором (Ti). Этот комплекс "CD3+Ti" и представляет собой антигенспецифический Т-клеточный рецептор периферических Т-лимфоцитов человека. Связывание антигена, ассоциированного с детерминантами МНС, является специфическим сигналом для активации зрелой Т-клетки. При этом CD3 участвует в передаче сигнала внутрь клетки. Непосредственным результатом связывания антигена с рецептором является поступление в клетку ионов Са2+.

3. CD4 - антиген гликопротеиновой природы, который экспрессирует примерно на 2/3 периферических Т-лимфоцитов. На этапе созревания клеток в тимусе CD4 экспрессируется всеми клетками, а в ходе их дифференцировки сохраняется только на субпопуляции, переставшей экспрессировать CD8-антиген. В периферической крови примерно 5% клеток несут одновременно маркеры CD4 и CD8. Зрелые CD4+-Т-клетки включают Т-лимфоциты, функционально характеризуемые как хелперы и индукторы. При контакте Т-лимфоцитов (Ti/h - индукторов хелперов) с антигенпрезентирующей клеткой CD4 выступает в роли специфического места связывания детерминант белковых молекул МНС класса II. Особое значение имеет факт связывание молекулой CD4 оболочечных белков вируса иммунодефицита человека - возбудителя СПИД, что в результате эндоцитоза приводит к проникновению вируса внутрь клеток субпопуляции Ti/h.

4. CD8 - антиген, который экспрессируется примерно на 1/3 периферических Т-клеток, созревающих из CD4+/CD8+-Т-лимфоцитов. Субпопуляция CD8+-Т-клеток включает цитотоксические и супрессорные Т-лимфоциты. При контакте с клеткой-мишенью CD8 выступает в роли рецептора неполиморфных детерминант белков МНС класса I.

5. Антиген CD45R присутствует примерно на 50% Т-клеток (он экспрессируется также В-клетками и моноцитами). Клетки CD4+/CD45R идентифицированы как индукторы супрессоров, что дает возможность косвенно определять также функционально активные индукторы хелперов.

6. Антиген CD25 - гликопротеин, идентифицированный как низкоаффинный рецептор к интерлейкину-2 (IL-2). Совместно с белком 75К антиген CD25 образует высокоаффинный рецептор ИЛ-2. CD25 экспрессируется на активированных Т-лимфоцитах.

Регуляторные Т-клетки удерживают иммунную систему организма от нападения на собственные ткани. Их использование позволит лечить самые разные заболевания и, возможно, решить проблему отторжения трансплантированных органов.

«Тяжелейший аутотоксикоз» - такой термин был введен около ста лет назад известным немецким врачом-бактериологом Паулем Эрлихом для описания патологического состояния, при котором иммунная система человека «атакует» его же собственные органы и ткани. Эрлих полагал, что с биологической точки зрения в аутоиммунности (еще одно введенное им определение) нет ничего абсурдного, когда она находится под строжайшим контролем. Однако медицинское сообщество не приняло столь неоднозначной идеи. В самом деле, зачем природе встраивать в организм человека механизм, способный разрушать своего носителя?Однако врачи время от времени сталкивались с заболеваниями, которые попадали под концепцию Эрлиха. Среди них рассеянный склероз, инсулинозависимый диабет, ревматоидный артрит. Выяснилось, что у подобных больных обычно нарушена функция особых лейкоцитов, известных как CD4+-T-лимфоциты (они названы так потому, что созревают в тимусе - железе, расположенной в грудной клетке чуть выше сердца, и несут на своей поверхности молекулы гликопротеина CD4). В норме они играют роль «старших офицеров», которые отдают команду другим клеткам иммунной системы к наступлению на вторгшихся в организм врагов - болезнетворных микроорганизмов, но иногда направляют оружие против органов и тканей собственного тела.

Эрлих оказался прав и в другом: недавно идентифицированы клетки, специализирующиеся на возвращении на путь истинный вышедшей из повиновения иммунной системы. Они получили название регуляторных Т-клеток. Будучи частью популяции CD4+-T-клеток, они поддерживают мир и согласие между иммунной системой и организмом. Кроме того, выяснилось, что им свойственна не только миротворческая функция: они также влияют на реакцию иммунной системы на проникшие в организм инфекционные агенты, опухолевые клетки, трансплантированные органы, клетки плода при наступлении беременности и т. д. Если удастся выяснить, как они выполняют свои обязанности, и почему их работа иногда дает сбой, исследователи получат возможность контролировать деятельность этих регуляторов и при необходимости подавлять иммунную активность.

Исследователи обнаружили, что для обеспечения самотолерантности (способности удерживать иммунную систему в рамках) принимается множество мер предосторожности. Первая линия обороны, во всяком случае, в том, что касается Т-клеток, располагается в тимусе. Здесь созревшие Т-клетки проходят серьезный «курс обучения» и настраиваются на крайне слабую реакцию на здоровые клетки организма-хозяина. Клетки, не поддающиеся «дрессировке», отбраковываются. Однако ни одна система не застрахована от ошибок, и некоторое количество аутоагресивных Т-клеток ускользает от контроля. Попадая в кровоток и лимфу, они создают угрозу запуска аутоиммунной реакции.

Ответственный за распознавание процессированных антигенов , связанных с молекулами главного комплекса гистосовместимости (ГКГ, англ. MHC ) на поверхности антигенпредставляющих клеток . ТКР состоит из двух субъединиц, заякоренных в клеточной мембране, и ассоциирован с мультисубъединичным комплексом CD3 . Взаимодействие ТКР с молекулами ГКГ и связанным с ними антигеном ведёт к активации Т-лимфоцитов и является ключевой точкой в запуске иммунного ответа.

Структура

ТКР представляет собой гетеродимерный белок, состоящий из двух субъединиц - α и β либо γ и δ, представленных на поверхности клетки. Субъединицы закреплены в мембране и связаны друг с другом дисульфидной связью .

По своей структуре субъединицы ТКР относятся к суперсемейству иммуноглобулинов . Каждая из субъединиц образована двумя доменами с характерной иммуноглобулиновой укладкой, трансмембранным сегментом и коротким цитоплазматическим участком.

N-концевые домены являются вариабельными (V) и отвечают за связывание антигена , презентируемого молекулами главного комплекса гистосовместимости. В составе вариабельного домена содержится характерный для иммуноглобулинов гипервариабельный участок (CDR). За счёт необычайного разнообразия данных участков, различные Т-клетки способны распознавать широчайший спектр антигенов.

Второй домен - константный (C) и его структура одинакова у всех субъединиц данного типа у конкретной особи (за исключением соматических мутаций на уровне генов любых других белков). На участке между С-доменом и трансмембранным сегментом расположен остаток цистеина , с помощью которого между двумя цепями ТКР образуется дисульфидная связь.

Субъединицы ТКР агрегированы с мембранным полипептидным комплексом CD3 . CD3 образован четырьмя типами полипептидов - γ, δ, ε и ζ. Субъединицы γ, δ и ε кодируются тесно сцепленными генами и имеют схожую структуру. Каждая из них образована одним константным иммуноглобулиновым доменом, трансмембранным сегментом и длинной (до 40 аминокислотных остатков) цитоплазматической частью. Цепь ζ имеет маленький внеклеточный домен, трансмембранный сегмент, и большой цитоплазматический домен. Иногда вместо цепи ζ в состав комплекса входит цепь η - более длинный продукт того же гена, полученный путём альтернативного сплайсинга .

Поскольку структура белков комплекса CD3 инвариантна (не имеет вариабельных участков), они не способны определять специфичность рецептора к антигену. Распознавание является исключительно функцией ТКР, а CD3 обеспечивает передачу сигнала в клетку.

Трансмембранный сегмент каждой из субъединиц CD3 содержит отрицательно заряженный аминокислотный остаток , а ТКР – положительно заряженный. За счёт электростатических взаимодействий они объединяются в общий функциональный комплекс Т-клеточного рецептора. На основании стехиометрических исследований и измерения молекулярной массы комплекса наиболее вероятным его составом является (αβ) 2 +γ+δ+ε 2 +ζ 2 .

ТКР, состоящие из αβ-цепей и γδ-цепей, весьма близки по структуре.

Механизмы активации Т-клеток

Основной функцией комплекса ТКР является распознавание специфического связанного антигена и запуск соответствующего клеточного ответа. Механизм трансдукции сигнала, благодаря которому Т-клетка вызывает этот ответ при контакте с её уникальным антигеном, называется активацией Т-клетки. В процессе активации Т-клеток путём так называемой трансмембранной сигнализации обычно участвуют расположенные под липидным бислоем киназы семейства Src , которые осуществляют обратимое фосфорилирование остатков тирозина в активационных цепочках иммунорецепторов - ITAM во внутриклеточных доменах CD3 и