Механізм дії та властивості імуноглобулінів

Механізм дії

Головними дійовими особами імунітету називають: антитіла (або імуноглобуліни), антигени та імунні клітини. Антитіла - це специфічні білки, здатні нейтралізувати чужорідне втручання. Антигени - це самі агресивні агенти, які при попаданні організм автоматично викликають утворення антитіл. До інших імунним клітинам відносять: Т-і В-лімфоцити, макрофаги (вони поглинають чужорідну клітку), гранулоцити декількох видів та інші. У нормі імунітет саморегулюється і налаштовується в оптимальному для організму режимі.

Механізм роботи імунної системи складний і зводиться до наступного. Оборона організму ведеться комплексно на декількох рівнях - клітинному і гуморальному (тобто відбувається в рідкому середовищі - крові, лімфі або тканинній рідини). На клітинному рівні, при чужорідному втручанні будь-якого роду, тимус (вилочкова залоза) включає клітинний імунітет, коли починають вироблятися активні клітини (фагоцити), які захоплють і знищують антигени. На нанорівні (гуморальному, молекулярному) починають вироблятися спеціальні білки крові - імуноглобуліни або антитіла. З іншого боку, паралельно основній роботі по знешкодженню антигенів, в рідинах організму можуть вироблятися спеціальні руйнівні для антигенів ферменти, а самі клітини, наприклад, можуть виробляти руйнівний противірусний білок - інтерферон і т.д.

Властивості та структура

Основні біологічні властивості антитіл перш за все повיязані зі специфічністю їх дії. Цей показник може бути охарактеризований двома головними ознаками, такими як афінність та авідність.

Афінність антитіл визначається міцністю їх зв’язування з антигеном за рахунок сукупності всіх міжмолекулярних сил відштовхування та тяжіння. Ця властивість антитіл зумовлюється конфігурацією їх активних центрів (паратопів) та спорідненістю з хімічною структурою епітопів антигена, але не залежить від кількості паратопів. Повноцінні антитіла та їх Fab-фрагменти, як правило, мають однакову афінність. Серед п’ятьох класів імуноглобулінів найбільшою афінністю володіють IgG.

Авідність (жадібність) антитіл – це їх здатність утворювати міцні зв’язки з антигеном, але не тільки шляхом зв’язування епітопів і паратопів, а й за рахунок взаємодії інших часток молекул антигенів і антитіл. Таким чином, авідність залежить як від афінності, так і від кількості активних центрів і форми молекули імуноглобуліну, зокрема від ступеня її полімерності. Чим менше в молекулі антигену детермінант (епітопів), тим менше буде проявлятися авідність антитіл. І навпаки, авідність антитіл зростає при надлишку епітопів антигену внаслідок утворення між молекулами антигену і антитіла великої кількості зв’язків. Найбільшу авідність мають gM.

Оскільки імуноглобуліни є глікопротеїнами для них також характерні антигенні властивості. Вони можуть мати 3 типи антигенних детермінант: ізотипові, алотипові та ідіотипові.

Ізотипові детермінанти – це специфічні угрупування в молекулах імуноглобулінів, які ідентичні для всіх особин даного виду тварини і визначають належність до певного класу імуноглобуліну (класоспецифічні антигени). Вони розрізняються у С-ділянках важких ланцюгів залежно від класу. Так, для Н- ланцюгів імуноглобулінів ссавців існує 5 ізотипів: μ – для імуноглобулінів класу M, γ – для IgG, α – для IgA, ε – для IgЕ, δ – для IgD. Звичайно у важких ланцюгах імуноглобулінів різних класів близько 10% амінокислот різні.

Серед ізотипових детермінант антитіл, разом з класоспецифічними, розрізняють ще типоспецифічні антигени згідно зі структурою легких ланцюгів молекул. Існує два основних ізотипи L-ланцюгів: λ (лямбда) і κ (каппа). Вони мають відмінності в константних доменах та з N-кінця поліпептидних ланцюгів: у λ-типу на N-кінці молекули розташована модифікована аміногрупа – піролідинова карбонова кислота, у κ-типу – залишок аспарагіну або глутаміну. Співвідношення κ- і λ-типів легких ланцюгів імуноглобулінів є видоспецифічною генетичною ознакою. Так, у людини κ:λ. складає 2:1, у миші – 20:1, у кішки – 1:20. Відхилення від цього співвідношення у певного виду може бути ознакою В-лейкозу. Ізотипові сироватки дають перехресні реакції з імуноглобулінами тварин багатьох видів, що може свідчити про еволюційну спорідненність імунної системи ссавців та наявність єдиних предкових генів.

У великій різноманітності антитіл виділяють також алотипи – імуноглобуліни, які відрізняються амінокислотним складом поліпептидного ланцюга (1-2 амінокислоти) в межах одного підкласу. Вони кодуються алельними генами одного локуса, тому відповідні ділянки з амінокислотними замінами є генетичними маркерами імуноглобулінів. На важких γ-ланцюгах винайдено більше 25 маркерів Gm та 3 маркери на константних ділянках κ-ланцюгів - Кm.

Крім ізотипів та алотипів, можна отримати антисироватки на кожне певне антитіло, що пов’язане з індивідуальними особливостями варіабельних ділянок імуноглобулінів. Це підтверджує наявність у кожного антитіла індивідуальної структури –ідіотипу. При їх подібності можливі перехресні імунні реакції. Через те, що імуноглобуліни є глікопротеїнами, при введенні у чужерідний організм, наприклад, експериментальній тварини, вони можуть сприйматися як антигени і викликати у тварини синтез антиідіотипових антитіл – тобто антитіл проти введенних антитіл. Паратопи антиідіотипових антитіл мають структурну подібність з епітопами тих антигенів, що спричинили утворення первинних антитіл. Це використовується на практиці для отримання безпечних антиідиотипових вакцин. На відмінність від бактеріальних та вірусних аттенуйованих вакцин, вони не мають ані вірулентності, ані токсичності.

Відомо, що вперше імуноглобуліни з’явилися у хрящових та кісткових риб. Очевидно, вони пішли від деяких білків, що виконують інші функції. Це підтверджується наявністю у антитіл додаткових, раніше невідомих функцій, які отримали назву реліктових властивостей. До них слід віднести такі: протеїназну та ДНК-азну активності, здатність зв’язувати метали та суперантигени.

Якщо в антитіл виявляється якась додаткова активність, окрім зв’язування “рідного” антигену комплементарними гіперваріабельними ділянками паратопу (CDR-ділянки), то такі антитіла називають “суперантитілами” (superantibody activity). Встановлено, що каталітична активність антитіл пов’язана не з CDR-ділянками, а скоріше, з каркасними ділянками V-доменів легких ланцюгів – FR-регіонами (framework regions), які не зазнавали генетичних транслокацій при експресії генів імуноглобулінів.

Реліктові властивості антитіл можуть обумовлювати їх патогенетичну дію при деяких захворюваннях. Так, недостатність функції щитовидної залози може бути пов’язана з синтезом у хворих антитіл, які проявляють протеолітичну дію у відношенні до тиреоглобуліна. Білки Бенс-Джонса (дипептиди з двох легких імуноглобулінових ланцюгів), які у великій кількості накопичуються у крові хворих на множинну мієлому, також мають протеолітичну активність, що значно погіршує перебіг хвороби.

Деякі антитіла здатні зв’язувати ДНК та РНК завдяки хімічній спорідненості пуринового кільця азотистих основ нуклеїнових кислот із залишками триптофану або тирозину поліпептидних ланцюгів імуноглобулінів. Це призводить до розщеплення полінуклеотидів та прояву ДНК-азної активності.

Іноді в антитіл виявляється здатність зв’язувати іони металів, зокрема ртуті та свинцю. Ця властивість, мабуть, залишилася в імуноглобулінів внаслідок їх колишнього ферментативного походження, тому що для багатьох ферментів іони металів є важливими коферментами. Існують припущення щодо механізму розвитку аутоімунного захворювання на склеродермію, вважають, що основним фактором патогенезу є зв’язування свинцю імуноглобулінами. Це викликає дефіцит металу у внутрішньому середовищі.

Деякі антитіла можуть взаємодіяти з суперантигенами за рахунок зв’язування з неспецифічними ділянками паратопів, а можливо, і з Fc-фрагментами молекули. На сьогодні найбільш досліджено як суперантигени такі речовини: протеїн А стафілококу (SpA), антиген gp 120 ВІЛ-1 (вірусу імунодефіциту людини), кишковий сіалопротеїн. Один такий суперантиген може зв’язати більше 80% імуноглобулінів крові, при цьому імуноглобуліни втрачають здатність зв’язувати специфічні антигени. Це може розглядатися як один з додаткових компонентів патогенезу при ВІЛ-інфекції та, можливо, при інших імунодефіцитних станах: імуноглобулінів у крові багато, але вони всі заблоковані суперантигенами. Це підтверджується також тим фактом, що одним з наслідків довго персистуючих бактеріальних та вірусних інфекцій є розвиток вторинних імунодефіцитів.