Будова антитіл

Імуноглобуліни (Іг, Ig) представляють білки плазми, які при електрофорезі мігрують як гама-глобуліни і утворюють дифузну полосу в гама області електрофореграми, що підтверджує їх гетерогенність.

Імуноглобуліни складаються із 4-х поліпептидних ланцюжків: два тяжких (Н-heavy) і два легких (L-light). Кожний ланцюжок складається з варіабельної та константної частин. Структура імуноглобуліну: ланцюжки з'єднані дисульфідними зв'язками. Імуноглобуліни мають - антигензв'язуючий фрагмент (Fab), фрагмент для адсорбції комплементу і константний фрагмент (Fc). Константні фрагменти відповідальні за фіксацію антитіла до клітини, наприклад, макрофагів, лімфоцитів та інших клітин. До них може приєднуватися хімічна речовина, фермент, тощо.

Основні функції імуноглобулінів:

1)специфічно розпізнають найрізноманітніші антигени та гаптени;

2)взаємодіють з ін. імунокомпетентними клітинами, які мають до них специфічні рецептори;

3) активують систему комплементу.

За своїми фізико-хімічними властивостями (молекулярна маса, коефіцієнт седиментації, вміст вуглеводнів, типи важких і легких ланцюжків), за фіксацією комплементу, проникненням через плаценту, секрецією, цитофільністю, нейтралізацією токсинів тощо, вони поділяються на 5 класів: М, G, A, E i D. Першими з'являються М, потім G, а потім А з цією ж антигенною специфічністю.

Специфічність антитіл зумовлена первинною послідовністю розміщення амінокислот у варіабельній частині Fab фрагмента, яка власне і забезпечує зв’язок з антигеном і тому вважається активним центром молекули Іг. Зони підвищеної мінливості називаються гіперваріабельними ділянками, ними забезпечується різноманітність специфічностей антитіл. В Fc фрагменті розміщені центри, що відповідають за фіксацію на лімфоцитах і фагоцитах, звязув 1 компонент системи комплементу, транспортуються через плаценту.

Основні властивості антитіл (імуноглобулінів):

Специфічність - кардинальна властивість - здатність взаємодіяти з антигеном, що викликає його продукцію в організмі людини і в пробірці.

Авідність - здатність утворювати тісні з'єднування з антигеном - це визначається просторовою специфічністю взаємодії фрагментів антитіла і епітопів антигену, це хімічний зв'язок. Авідність (жадність) в процесі імунної відповіді змінюється і залежить від їх валентності. Валентність залежить від числа активних центрів антитіл. Наприклад в IgG валентність 2, а в IgM -10.

Афінітет - міцність, яка обумовлює швидкість взаємодії антигену з антитілом. Або точність співпадіння просторової конфігурації Ат з конфігурацією антигенної детермінанти антигену. Афінітет краще проявляється при еквівалентних концентраціях антитіла і антигену.

На детальній характетистиці антитіл зупинимось пізніше.

Імуноглобуліни М (IgM) - 5-10%. В сироватці крові 0,4- 2,2 г/л, період напіврозпаду 4-5 днів. Їх відносять до “ранніх” Ат, які продукуються організмом новонароджених при інфікуванні та вакцинації, мають високу авідність, активують комплемент за класичним шляхом, мають найбільш високу ступінь фіксації комплементу, не проникають через плаценту, витримують температуру 56°С, беруть участь в феноменах імунітету: аглютинації, преципітації та інших. На кожний новий Аг утворюється IgM. Через 4-6 днів їх синтез переключається на IgG. Вони є найкрупнішими за молекулярною масою, зустрічаються ще до зустрічі з антигеном, являють пул природніх антитіл, в мономерній формі являють собою антигенрозпізнаючий рецептор на поверхні В-лімфоцита. Так як IgM не проходить через плаценту, то наявність їх в крові новонароджених є свідченням інфікованості самої дитини. До IgM відносяться холодові гемаглютиніни, РФ, ізогемаглютиніни груп крові. Їх концентрація підвищується при перинатальних інфекціях, гострих гепатитах і біліарному цирозі печінки, захворюваннях імунної системи і понижується при гіпо- й агаммаглобулінемії, пухлинах імунної системи.

Імуноглобуліни G (IgG) - 70-80% в крові. Концентрація в сироватці 7-18 г/л. Це основне антитіло вторинної імунної відповіді та антитіло імунологічної пам’яті. Мають період напіввиведення 21 день, добре фіксують комплемент, проходять через плаценту, можуть проявляти цитофільність, приймають участь у всіх феноменах імунітету. Поділяються на чотири субкласи (G1, G2, G3, G4). Основна функція – захист організму від збудників інфекції та продуктів їх життєдіяльності за рахунок активації системи комплементу, опсонізації та фагоцитозу. Вони Т-залежні і виробляються лише за обов’язкової участі Т-лімфоцитів. Тому опромінення та імунодепресанти можуть порушити чи повністю подавити синтез IgG. Максимальний синтез спостерігається при повторному введенні Аг особливо на 30-35 день. Це прийнято в основі вакцинації. Зміни періодів і доз можуть призвести до зворотнього ефекту – сенсибілізації. Його концентрація підвищується в період захворювання інфекційними захворюваннями, при захворюваннях печінки, аутоімунних процесах (алергічних реакціях II типу).

Імуноглобулін А (IgA, sIgA) - 10-15% в крові. Має дві фракції - сироваткова та секреторна. Сироватковий імуноглобулін складає 40%, 0.8-3,7 г/л, період напіврозпаду –5-6 днів, знезаражує мікроби і токсини, що циркулюють в крові, активує систему комплементу за альтернативним шляхом, інактивується бактеріальними протеазами (гонорея).

Секреторний (sIgA) складає 60%. Відрізняється наявністю додаткового секреторного компонента, який синтезується епітеліальними клітинами слизових оболонок і приєднується до IgA в момент проходження через епітеліальні клітини. Секреторний компоненнт підвищує стйкість до протеолітичних ферментів. Він залишається на слизових, де нейтралізує бактерії, токсини, локалізує віруси, стимулює фагоцитоз, тим самим забезпечуючи місцеву резистентність до інфекцій. Він переважає в слині, сльозах, секретах шлунку і кишок, жовчі вагінальному секреті, амніотичній рідині, легенях, бронхах, сечотатевих шляхах, особливо багато sIgA в грудному молоці та молозиві. Це дуже важливо так як він є тимуснезалежним і самостійний синтез в ранньому віці недостатній для повноцінного захисту. Поступлення sIgA з молозивом попереджує раннє заселення кишечнику Г- бактер (кишковою паличкою), і сприяє формуванню Г -позитивної мікрофлори кишок, кориснішої для дитини. Тому, що вони є антагоністами збудників кишкових інфекцій. Імуноглобулін А підвищується при:

перинатальних інфекціях;

захворюваннях дихальних шляхів і ШКТ.

Понижується при:

гіпо- й агаммаглобулінемії;

деяких пухлинах імунної системи.

Імуноглобулін Е (IgЕ) - 0,2%, 0, 25 мг.л. Здатність до більшого утворення є генетично зумовленою. Період напіжиття 2-3 дні. Не зв\язує комплемент, не проходить через плаценту, відрізняється високою цитофільністю- зв’язується з тканинними базофілами і константними фрагментами на ін. клітинах запалення. Це призводить до виділення клітинами гістаміну і інших активних субстанцій, що забезпечують розвиток чутливості негайного типу (алергічні реакції І типу). Він продукується плазматичними клітинами селезінки, миндаплин, аденоїдів, слизових оболонок дихальбних шляхів, кишечнику. Продукція у плода починається дуже рано. Важливою функцією є участь в протигельмінтному імунітеті. Важлива лінія захисту слизових оболонок верхніх та нижніх дихальних шляхів, що контактують з зовнішнім середовищем. Інцекційні агенти, що прорвали першу лінію оборони IgA зв’язуються специфічним IgЕ на поверхні тканинних базофілів. Результатом є наступний етап захисту - звільнення з тканинних базофілів, еозинофілів та базофілів вазоактивних амінів і речовин, що мають хемотаксичну активність і підсилюють приток у вогнище запалення інших захисних факторів –IgG, комплементу, міграцію нейтрофілів, еозинофілів та ін.

Імуноглобулін D -був визначений як мієломний білок, концентрація 1,8-170 мг.л. Період напіжиття 3 дні. Не проходить через плаценту, не зв'язує комплемент. До цього часу не вияснено, які функції виконує. Припускають, що він є одним із рецепторів попередників В-лімфоцитів.

Яким чином формується така специфічність білка? Фундаментальне значення пари антиген-антитіло ввів К.Ландштейнер (до речі відкрив групи крові), який сказав, що ссавці здатні виробляти антитіла однаково, як до природніх, так і штучно синтезованих антигенів, тобто репертуар антигенспецифічностей антитіл не запрограмований еволюційно, а формується під впливом антигену. Організм людини впродовж життя створює кілька мільйонів видів антитіл по здатності звязувати різні антигени. Різноманіття генетичних кодів для міліонів варіантів антигеннзв’язуючих (варіабельних) ділянок антитіл формується впродовж життя в процесі диференціювання В-лімфоцитів. В кожному окремому В-лімфоциті проходить своя унікальна рекомбінація ДНК із зародкових генів, і трансляція РНК так, що послідуючий синтез білка йде вже з персонального для кожного В-лімфоцита генетичного кода варіабельної області. Це явище називається соматичною рекомбінацією ДНК, або соматичним мутагенезом і є унікальним лише для лімфоцитів та дозволяє забезпечити синтез антитіл до любого виду антигену.

Як проходить дозрівання клітини продуцента антитіл – В-лімфоцита, і які стимули необхідні для синтезу нею антитіл? Продуцентом антитіл є плазматична клітина – це кінцева клітина диференціювання В-лімфоцита під впливом різноманітних мітогених стимулів.

Дозрівання В –лімфоцита проходить в дві фази. Перша фаза проходить в кістковому мозку і закінчується утворенням зрілого неактивного В-лімфоцита, особливістю якого є наявність на поверхні антигенрозпізнаючого рецептора, який являє собою мономерну молекулу ІгМ. Кожен антигенрозпізнаючий рецептор реагує тільки з одним антигеном або з групою споріднених антигенів. Таким чином, в організмі людини є близько 10 в 7-й – 10 в 9-й степені різних специфічностей В-лімфоцитів. В циркулюючій крові В-лімфоцити складають приблизно 30% всіх лімфоцитів, тривалість життя від кількох днів до кількох тижнів. Поверхневі рецептори Іг можуть злущуватися і циркулювати в периферичній крові складаючи пул природніх антитіл, які протистоять Аг, що потрапляє в організм. Тобто вже на цьому етапі В лімфоцити допомагають факторам природної резистентності у захисті від Аг. Інша частина Аг зв’язується з рецептором на поверхні В-лімфоцита, що призводить до їх активації з послідуючою проліферацією і формуванням клону специфічних плазматичних клітин, які секретують велику кількість антитіл.

З цього моменту починається друга фаза диференціювання В-лімфоцита – антигензалежна. Існує 2 види продукції антитіл – Т-залежна та Т-незалежна. Т –залежна продукція антитіл вимагає присутності Т-хелперів. В цьому разі В-лімфоцит спочатку функціонує як Аг-представляюча клітина, яка спочатку поглинає (інтерналізує) Аг через свої Аг-розпізнаючі рецептори, а потім перетравлює його в своїх фагосомах і представляє для розпізнання в комплексі з молекулами ГКГ ІІ класу Т-хелперам. Це призводить до стимуляції Т-хелперів і продукції ІЛ-2, ІЛ-4, ІЛ.-5, які стимулюють В–лімфоцити до проліферації та перетворення у плазматичну клітину. Окрім того, обов’язковим стимулом активації В-лімфоцита є зв’язування CD40L на Т-хелпері з білком CD40 на В-лімфоциті.

Відомо, що є 5 класів антитіл, які класи антитіл синтезуються і коли? Враховуючи, що на початку імунної відповіді кількість антигену часто зростає, а факторів імунної відповіді недостатньо, тоспочатку є раціональним секреція тільки ІгМ, які окрім того, що є поверхневим рецепторами, є ще найбільшими імуноглобулінами, пентамерами, що мають 10 активних антигензвязуючих центрів і здатні зв’язати за короткий термін велику кількість антигену. Це є антитіла первинної імунної відповіді. Однак вони мають низьку афінність, тобто слабку здатність утримати антигени, велику молекулярну масу, що вимагає великих розходів білку на їх синтез та перешкоджає проникненню через більшість бар’єрів. Тому вони відіграють роль «екстренної допомоги», але потім проходить раціональне для імунної системи переключення на синтез малих та здатних принести свою захисну функцію ІгG. Переключення на ІгG сприяє сильнішому захисту організму за рахунок вищого афінітету цих антитіл. Окрім того, він є сильним опсоніном, що підсилює фагоцитоз і в силу низької молекулярної маси може проникати в ті ділянки організму, куди не проникає ІгМ, але може знаходитися збудник. В подальшому, з метою запобігання дії ферментів бактерій на імуноглобуліни, проходить переключення на синтез ІгА з приєднанням секреторного компоненту (секреторний ІгА) та ІгЕ у випадку глистної інвазії, коли майже неефективні антитіла інших класів та потрібна особлива участь допоміжних клітин. Таким чином при Т-залежній імунній відповіді є продукція антитіл всіх класів. Після Т-залежної Ів залишається імунологічна память. Плазматичні клітини секретують тисячі антитіл в секунду протягом кількох днів, а потім гинуть, однак деяка частина активованих В-лф пам’яті, які зберігають память про антиген впродовж тривалого часу і при повторному його потраплянні здатні до швидкої активації та продукції антитіл.

При Т-незалежній стимуляції В-лімфоцитів утворення антитіл відбувається при прямому контакті антигену з В-лімфоцитом без участі Т-хелперів. Таку активацію як правило викликають полісахаридні антигени (пневмокок, збудники кишкових інфекцій, палочка інфлюенци). Це є швидкий спосіб збільшення кількості антитіл, що не потребує поглинання і процесингу антигену, недоліком якого є наявність тільки одного класу імуноглобулінів – М, без переключення класів і відсутність імунологічної пам’яті. До речі, у дітей до 5 років знижена здатність протидії Т-незалежним антигенум (наприклад збудники пневмонії та кишкових інфекцій, що є однією з причин частішої захворюваності на ці хворорби у них). За 5-6 днів, що ідуть на розвиток первинної імунної відповіді утворюється 10 в 6-й степені В-лімфоцитів, які за день продукують 10 в 13-й – 10 в 14-й степені антитіл. Через 1-2 тижні прорліферативна здатність В- лімфоцитів знижується і вони гинуть.