18.3. Комплекс гистосовместимости hla
Главный комплекс гистосовместимости - это группа генов и кодируемых ими антигенов клеточной поверхности, которые играют важнейшую роль в распознавании чужеродного и развитии иммунного ответа. Главный комплекс гистосовместимости человека был открыт в 1952 г. при изучении антигенов лейкоцитов и получил название HLA , потому что у человека после трансплантации в первую очередь детектировались антитела против лейкоцитов. На сегодняшний день эти антигены обнаружены практически во всех клетках имеющих ядро. Система HLA характеризуется чрезвычайным высоким уровнем полиморфизма, т.е. содержит гены, которые проявляются более чем в одной фенотипической форме и наследуются в соответствии с законами Менделя. Этот полиморфизм приводит к существованию необычайно сложной системы презентации антигена. Антигены HLA представляют собой гликопротеиды, находящиеся на поверхности клеток и кодируемые группой тесно сцепленных генов 6-й хромосомы (рис. 18.5). Антигены HLA играют важнейшую роль в регуляции иммунного ответа на чужеродные антигены и сами являются сильными антигенами.
Антигены HLA подразделяются на две группы: антигены класса I и класса II. Номера классов отражают хронологический порядок их открытия. Антигены HLA традиционно именовали в соответствии с порядком их открытия как А, В, и С (класс I) и D-антигены, а также внутри группы обозначали номером. В результате обозначения стали слишком неединообразны. После определения точной структуры генов молекулярно-биологическими методами была введена международная номенклатура. Новые обозначения для молекул HLA класса I состоят из кода, описывающего область гена, и идентификационного номера, разделенных звездочкой (рис. 18.6). Номенклатуры антигенов класса II довольна сложна, что связано с полиморфизмом α- и β-цепей. Например, участок HLA-DR содержит ген α-цепи (DRA1) и гены нескольких β-цепей (DRB1, DRB2, DRB3, DRB4, DRB5, DRB6 DRB9), не все из которых существуют одновременно. Участок HLA-DР содержит кодирующие гены DPA1 и DPB1, а участок HLA-DQ – кодирующие гены DQA1 DQB1. Далее в обозначении конкретного гена или участка ставится звездочка, а за ней следует номер аллеля и номер подтипа. Таким образом, обозначение HLA-DRB1*0101 подразумевает локус DRB1 (кодирует β-цепь 1), аллель 01, подтип 01.
Рис. 18.5. Геномная организация HLA -комплекса.
Антигены HLA класса I необходимы для распознавания трансформированных клеток цитотоксическими Т-лимфоцитами. Они образуют комплексы антигенов, расположенных в трех смежных локусах HLA-А, HLA-В, HLA-С. Эти антигены впервые были обнаружены с помощью серологических тестов.
Важнейшая функция антигенов HLA класса II – обеспечение взаимодействия между Т-лимфоцитами и макрофагами в процессе иммунного ответа. Т-хелперы распознают чужеродный антиген лишь после его переработки макрофагами, соединения с антигенами HLA класса II и появления этого комплекса на поверхности макрофага.
Способность Т-лимфоцитов распознавать чужеродные антигены только в комплексе с антигенами HLA называют ограничением по HLA. Определение антигенов HLA классов I и II имеет большое значение в клинической иммунологии и используется, например, при подборе пар донор-реципиент перед трансплантацией органов.
В отличие от антигенов класса I, у которых тяжелые цепи связаны с одной и той же легкой цепью (β2-микроглобулин, не кодирующийся на хромосоме 6), у антигенов класса II различные локусы кодируют как α-цепь (DRA, DQA, DPA), так и β-цепь (DRB, DQB, DPB). Число и структура этих локусов различна у разных индивидов в зависимости от HLA гаплотипа. Например, комбинация различных β-цепей антигенов DR формирует разные группы. Другие структурно связанные с ними гены, расположенные вблизи генов DR, DQ и DP, в большинстве своем являются нетранслируемыми псевдогенами с неизвестными функциями (рис. 18.5).
Рис. 18.6. Структура молекул HLA и аллели класса I .
Реальная структуры гена содержит несколько экзонов, формирующих различные домены. Гены, кодирующие компоненты комплемента С2, С4 и Bf, расположены между генами молекул МНС класса I и класса II. Продукты экспрессии этих генов ранее называли антигенами класса III. Для них также характерен широкий полиморфизм, который еще более усложняется из-за дупликации и (или) вариации длины генов С4. В пределах комплекса HLA расположены и другие важные гены, кодирующие, например ФНО-α и ФНО-β, родственный им лимфотоксин LTB, а также ферменты CYP21a CYP21b. Гены транспортных белков TAP1 и TAP2, расположенные между DP и DQ. Продукты их экспрессии играют важную роль в транспорте антигенных пептидов к молекуле HLA.
Рис. 18.7. Молекулы HLA: аллели класса II .
Рис. 18.7. Молекулы HLA: аллели класса II (продолжение).
Открытие главного комплекса гистосовместимости произошло при исследовании вопросов внутривидовой пересадки тканей. Генетические локусы, ответственные за отторжение чужеродных тканей, образуют в хромосоме область, названную главным комплексом гистосовместимости (МНС) (англ. major histocompatibility complex).
Затем, первоначально в гипотетической, на основании клеточной феноменологии, а затем в экспериментально хорошо документированной форме с использованием методов молекулярной биологии было установлено, что Т-клеточный рецептор распознает не собственно чужеродный антиген, а его комплекс с молекулами, контролируемыми генами главного комплекса гистосовместимости. При этом и молекула MHC и фрагмент антигена контактируют с ТКР.
MHC кодирует два набора высокополиморфных клеточных белков, названных молекулами MHC класса I и класса II. Молекулы класса I способны связывать пептиды из 8-9 аминокислотных остатков, молекулы класса II - несколько более длинные.
Высокий полиморфизм молекул MHC, а также способность каждой антигенпрезентирующей клетки (АПК) экспрессировать несколько разных молекул MHC обеспечивают возможность презентации T-клеткам множества самых различных антигенных пептидов.
Следует отметить, что хотя молекулы МНС и называются обычно антигенами, они проявляют антигенность только в том случае, когда распознаются иммунной системой не собственного, а генетически иного организма, например, при аллотрансплантации органов.
Наличие в МНС генов, большинство из которых кодирует иммунологически значимые полипептиды, заставляет думать, что этот комплекс эволюционно возник и развивался специально для осуществления иммунных форм защиты.
Существуют еще и молекулы МНС класса III, но молекулы МНС класса I и II являются наиболее важными в иммунологическом смысле.
Система HLAи заболевания. Известно, что локусы МНС человека гомологичны генам комплекса Н2 мыши. Иммунизация имбредных линий мышей разными, явно неродственными антигенами индуцирует высокие уровни антител в одних линиях и и низкие уровни (лил отсутстве ответа) в других. Количество индуцированных антител контролируется локусами иммунного ответа (Ir), которые являются частью комплекса Н2. Заражение мышей вирусом лейкемии вызывает рак, более легкий в одних линиях, чем в других. Эти различия контролируются генами, которые, подобно генам Ir, относятся к комплексу Н2. Позже было продемонстрировано сцепление комплекса Н2 с генетическими факторами предрасположения к аутоиммунному тиреоидиту мышей и восприимчивости к лимфоцитарному вирусу хориоменингита.
В случае устойчивости к лейкемогенезу и восприимчивости к инфекции вирусом хориоиенингита не удалось обнаружить какие-либо специфические антитела. Однако иммунный ответ обнаружен с случае тиреоидита. Удалось установить связь между конкретным типом антигена трансплантации, наличием специфических антитироглобулиновых антител и тяжестью болезни. У человека была описана ассоциация между аутоиммунным тиреоидитом и антигеном HLA-B8.
Эти результаты свидетельствовали о том, что у человека гены иммунного ответа могут быть тесно сцеплены с HLA-генами. Первой аномалией у человека, изученной с этой точки зрения была болезнь Ходжкина – злокачественное новообразование лимфатической системы. Обследование 523 больных обнаружило значимую ассоциацию с HLA-1. Исследования при других злокачественных новообразованиях , например, при острой лимфатической миелогенной лейкемии, дали противоречивые результаты. Более сильные ассоциации были найдены для ряда незлокачественных заболеваний (анкилозирующий спондилит, множественный склероз, псориаз, болезнь Рейтера).
Важная роль, которая принадлежит HLA-антигенам в иммунном ответе, предполагает наличие генетической изменчивости иммунного ответа, зависящей от различных HLA-типов. Что касается истинной природы этой зависимости, то для ее объяснения предлагают по крайней мере пять механизмов.
HLA-антигены на поверхности клетки могут действовать как рецептор для вируса или другого патогенного агента. Эту возможность следует проверить, особенно если ассоциация столь же сильная, как при анкилозирующем спондилите.
Вторая возможность - перекрестные реакции HLA-антигенов с вирусными или бактериальными антигенами, что приводит либо к более слабому ответу вследствие иммунологической толерантности, либо к более сильному ответу на чужеродный антиген. Эти механизмы обсуждались для ассоциаций между группами крови и инфекционными заболеваниями и будут описаны позже в контексте естественного отбора.
Ассоциация может возникать вследствие неравновесия по сцеплению с антигеном HLA из этого же или других A-локусов. Было показано, например, что ассоциации с аутоиммунными заболеваниями могут быть связаны главным образом ( или исключительно ) с локусом HLA-D/DR. Однако аллели этого локуса обнаруживают неравновесие по сцеплению с аллелями локуса В. Это может вызвать более слабую ассоциацию с антигенами локуса В. Например, была найдена ассоциация между юношеской формой сахарного диабета (аутоиммунная форма ) и HLA-B8. Однако, когда дополнительно проанализировали локус D, аллель D3 обнаружил намного более сильную ассоциацию с диабетом того же типа и, кроме того, ассоциировался с аллелей В8 вследствие неравновесия по сцеплению. Следовательно, ассоциация диабета с аллелем В8, очевидно, была вызвана ассоциацией диабета с аллелем D3 и неравновесием по сцеплению.
Ассоциация вследствие неравновесия по сцеплению может иметь место также и в том случае, если редкая мутация повреждает ген, тесно сцепленный с локусами МНС, но функционально с этой системой не связанный.
Пятая и наиболее вероятная возможность – это гипотеза о том, что гены иммунного ответа (Ir) тесно сцеплены с генами HLA комплекса, причем между ними существует сильное неравновесие по сцеплению. Сильным аргументом в пользу этой концепции могут служить обсуждавшиеся выше аналогичные результаты у мыши.
Эта гипотеза вовсе не исключает идею о том, что HLA (или Ir) антигены на поверхности клетки могут действовать как рецепторы для патогенных агентов.