Таким образом, функция кадгеринов – участие в формировании относительно постоянных клеточных контактов в нервной, эпителиальной и мышечной тканях. Впервые кадгерины появляются в организме на стадии органо-, морфо-, гистогенеза эмбрионального периода онтогенеза.
Интегрины – это интегральные белки-рецепторы для белковых молекул внеклеточного матрикса фибронектина, ламинина и др. (рис.82). Они являются гетеродимерами, состоящими из α-субъединицы и β- субъединицы. Каждая субъединица – трансмембранный гликопротеин, состоящий из трех доменов: внеклеточного, мембранного и внутриклеточного. Внеклеточные домены ответственны за узнавание специфических лигандов и адгезию с ними; внутриклеточные домены участвуют в фиксации цитоскелета (активных филаментов) (рис.76,83). Связь между этим доменом и цитоскелетом осуществляет специальные белки – винкулин, талин и α-актин. Всего известно около 14 видов α- субъединиц интегрина и 15 видов β-субъединиц. Но наиболее изучены β1-, β2-, β3- субъединицы, встречающиеся в мембране лейкоцитов и тромбоцитов.
Одни виды интегринов могут связываться только с одним компонентом внеклеточного матрикса, другие взаимодействуют с несколькими компонентами внеклеточного матрикса и обеспечивают как межклеточные адгезивные взаимодействия, так и взаимодействие клеток с матриксом. Для функционирования интегринов необходимо присутствие ионов Са+ или Мg+.
Рис.83. Схема связи интегрина с белками цитоскелета: 1,2,3 – домены белка (Из: Мушкамбаров,2003)
Селектины – это белки, у которых N – концевой домен (крайний во внеклеточной части белка) обладает свойствами лектинов (рис.84).
Рис. 84. Схема лектиноподобного белка – селектина (Из: Мушкамбаров, 2004)
Лектины – это группа белков, которые имеют способность специфически присоединять концевой моносахарид олигосахаридных цепей. Т.о., селектины благодаря лектиновому домену узнают определенные углеводные компоненты на поверхности клетоки обеспечивают прилипание клеток друг к другу. Всего селектины содержат от 3 до 10 доменов. Наиболее распространены L-, Р-, и Е- селектины. L- селектин обнаруживается на поверхности лейкоцитов и учавствует во взаимодействии их с гликопротеинами эндотемия (эпителия сосудов), в частности обеспечивают хомин (возврат лимфоцитов в лимфоидную ткань из кровеносного русла) Р- и Е- селектины обнаруживаются на поверхности эндотелия, но не постоянно, а только после стимуляции его факторами воспаление и ---- др. процессов. Появившись на поверхности эндотелиоцитов эти селектины учавствуют во взаимодействии с лейкоцитами, а затем исчезают, депонируясь в спец. образованиях – тельцах Вейбеля – Паллада.
Иммуноглобулины адгезии – это иммуноглобулины (Ig) и иммуноглобулиноподобные (Ig-подобные) белки, которые находятся на поверхности лимфоидных и ряда др. клеток, выступая в качестве рецепторов, в отличии от растворимых иммуноглобулинов, циркулирующих в крови.
Растворимые иммуноглобулины состоят из 2 тяжелых (Н) и двух легких (L) цепей, соединенных дисульфидными связями (рис.85). L-цепи состоят из двух доменов: V4 и С4, а Н-цепи из 4 доменов: одного V4 и трех С4. домены V4 и VН формируют антиген связывающий центр, т.е. иммуноглобулины является антителами и делятся на 5 классов (табл).
Рис. 85. Общий план строения иммуноглобулинов. Пунктиром обозначены вариабельные области: А – схема иммуноглобулина; Б – модель молекулы иммуноглобулина(Из: Ярилин,)
Адгезивные Ig и В-лимфоцитов имеют подобные строение; причем В-клетки одного клона имеют Ig лишь одной иммуноспецифичности. Ig мембран собираются в одну область, образуя «шапочку». IТ-лимфоцитов Ig мембран. представлены только тяжелыми цепями, состоящей из вариабельного и константных доменов. Такие белки называется Т- клеточными рецепторами (ТСR) (рис.86). Ig-подобные белки лишены иммуноспецифичности и играют роль обычных адгезивных белков и учавствуют в процессах взаимодействия клеток крови и эндотелия сосудов. Это белок LFА-2 (на Т- лимфоцитах), LF-3 (лейкоциты, эритроциты и др), белок IСАМ-1 (эндотелиоциты). Все иммуноглобулины мембран играют важную роль в иммунном ответе, эмбриогенезе, заживлении ран и пр.
Рис.86. Т-клеточный рецептор (Из: Мушкам-баров, 2004)
Адгезивные белки очень многообразны. Выше мы описали лишь часть их, наиболее хорошо изученных. Процессы, которые обеспечиваются адгезивными белками также многообразны, сложны и упорядочены. Остановимся на двух из них: воспалении и иммунных реакциях.
Воспаление
Воспаление – это сложная, комплексная, местная приспособительная сосудистое – тканевая защитная реакция организма на воздействие болезнетворных агентов (физических, химических, биологических). В этом сложном пато биологическим процессе два ведущих явления: сосудистая реакция (расширение и повышение проницаемости мелких сосудов) и активный выход лейкоцитов из кровеносного русла. Адгезивные белки повышают адгезивность эндотелия (эпителий сосудов) в области воспаления, что проводит к индукции миграции лейкоцитов.
Воспалит. реакция из нескольких фаз: 1-альтерация (повреждение) тканей как результат действия патогенного фактора; 2-высвобождение физиологически активных веществ (медиаторов воспаления) и реакция мелких сосудов; 3-повышение проницаемости стенок капилляров и венул; 4-реакция системы крови на повреждение (изменение кровотока, миграция лейкоцитов в ткани); 5-в процессе воспаления в очаге поражения наблюдается фагоцитоз, осуществляемый макро фагами, которые удаляют из очага воспаления погибшие ткани и микроорганизмы, погибшие лейкоциты и выделяют вещества, активирующие сл.стадию. Макро фаги образуется из моноцитов, вышедших вместе с лейкоцитами из сосудов.
Центральными событием в процессе играют медиаторы воспаления – сигнальные вещества, запускающие воспалительный процесс (рис.87). К ним относятся гистамин, тромбин и цитокин ИЛ-1 (интерлейкин).
Рис.87.Механизм развития воспалительного процесса (Из: Мушкамбаров, 2004)
Гистамин – низкомолекулярное соединение продукт декарбоксилирования аминокислоты гистидина. На поверхности базофильных лейкоцитов и тучных клеток имеются рецепторы к одному из классов иммуноглобулинов плазмы крови – IgЕ. Микроорганизмы, а также продукты их распада и жизнедеятельности является антигенами и связываются с поверхностями IgЕ базофилов. В ответ на это происходит дегрануляция клеток и высвобождение гистамина. Тромбин – белковый компонент (фактор IIа) системы свертывания крови циркулирует в сосудистом русле в обычном состоянии циркулирует в неактив. форме- в виде протромбина (фактор II).
Активация тромбина происходит в ответ на повреждение стенок сосудов и поступление в кровь тканевого фактора свертывания (фактор III); а также появление в русле крови бактериальных эндотоксинов.
Интерлейкин-1 гормоноподобные вещества. Выделяются не эндокринными клетками (крови, соед.ткани, эндотелия); ИЛ-1 синтезируется в моноцитах крови и макрофагах. Секреция ИЛ-1 усиливается в ответ на фагоцитоз макрофагами микроорганизмов и их эндотоксинов.
Т.о. бактериальная инфекция может вызвать появление в очаге воспаления всех трех медиаторов – гистамина, ИЛ-1 и тромбина.
Медиаторы воспаления действуют на эндотелиоциты мелких сосудов в очаге воспаления, вызывая расширение сосудов, увеличение их проницаемости и миграцию лейкоцитов, не проникая в них, а взаимодействуя с мембранными рецепторами этих клеток. При этом гистамин и тромбин вызывают быструю реакцию (5-30мин.), а ИЛ-1 медленную (около 4ч). Но в общем цепь событий ответа наблюдается одинаковая. А именно;
1. Медиаторы активируют определенные фермент внутри клетки. В результате повышается концентрация ионов Са+ в эндотелиоцитах.
2. Эндотелиоциты начинаю синтезировать и делят два сосудорасширяющих фактора: простациклин (РУ-J2) и эндотелиальный фактор релаксации (ЕDRF). РУ-J2 относится к проста гландгинам – производным арахидоновой кислоты, являющимися гормонами местного значения. РУ-L2 и ЕDRГ расширяют сосуды и препятствует аграгации тромбоцитов. Оба эти вещества проникают в миоциты артериол и через цепь реакций снижают внутриклеточный концентрацию ионов Са+, что приводит к расслаблению миоцита и расширению сосудов.
3. Параллельно с вышеописанным событиям в эндотелиоцитах повышение концентрации Са+ приводит к изменению формы клеток: они становится короче и выше, вследствие реорганизации цитоскелета под действием ионов Са+. В результате м/у эндотелиоцитами появляется промежутки, через которые увеличивается проницаемость эндотелия для компонентов крови; развивается отек и в тяжелых случаях повреждение клеток эндотелия.
4. Гистамин и тромбин быстро увеличивают адгезивность эндотелия, за счет появления дополнительных адгезивных молекул. Главным из них является трипептид формил –Мет-Лей-Фен или FМLР (или ФАТ- фактор активации тромбоцитов). Его функция улавливание и активация нейтрофильных лейкоцитов. У последних меняется состав поверхностных белков и это усиливает их взаимодействие с эндотелием. ИЛ-1 взаимодействует эндотелиоцитом, вызывая синтез в нем другого интерлейкина ИЛ-8, который секретируется во внешнюю среду, где он так же активирует нейтрофил – увеличивается количество адгезивных белков плазмолеммы нейтрофила, что усиливает адгезию нейтрофила и эндотелиоцита. Т.о., все три фактора приводит к усилению адгезии м/у эндотелиоцитами и нейтофилами. Через некоторые время в очаге воспаления меняется состав адгезивных белков эндотелиоцита и состав мигрирующих лейкоцитов. Т.о., все три медиатора, усиливая адгезивность эндотелиоцитов, способствуют мигарции в них лейкоцитов.
5. Процесс миграции лейкоцитов многоступенчат.
А) подготовит. стадия. Кровоток становится медленным (из за расширения сосудов) и турбулентным вихревой из за изменения формы клеток или их повреждения. Лейкоциты из за турбулентности начинают сталкиваться друг с другом и со стенками сосудов; возникает эффект «---- клеток».
Б) первичная слабая адгезия. Обеспечивается взаимодействиям L-селектинов и У-белка трофилов с Р-селектином и трипептидом FМLР активированного эндотелиоцита, который активирует нейтрофил.
В) усиление адгезии. У активированные нейтрофилы изменяется состав поверхностных белков; среди интегринов увеличивается количество β2-интегринов и усиливается их адгезивная способность. У эндотелиоцитов усиливается адгезивность Ig-подобных белков: IСАМ-1 и IСАМ-2. взаимодействие м/у β2- интегринами нейтрофилов и Ig-подоб. белков эндотелиоцитов усиливает адгезию. Одновременно происходит удаление с поверхности клеток селектинов и перемещение их внутрь клетки. Т.о., нейтрофил «прилипает» к эндотелиоциту. Для того, чтобы он проник через стенку сосуда в окружающие поврежденные ткани, необходимо его постепенное освобождение из «плена» адгезии.
Г) ослабление адгезии происходит за счет уменьшения количества адгезивных молекул: часть интегринов нейтрофилов уходит с поверхности внутрь клетки – интернализуется, L и Р селектины теряют лейкиновые домены, «---- » с поверхности.
Д) проникновение нейтрофилов через эндотелий происходит м/у эндотелиоцитами, либо непосредственно через эндотелиоциты (процесс называется цитопемзис). Проникновение через базальную мембрану осуществляется с помощью протеаз, которые локально осуществляют ее растворение и синтезируются самими эндотелиоцитами.
Миграция моноцитов и лимфоцитов обеспечивается взаимодействием β1-интегринами и Ig-подобными белками VСАМ.
Переход одной стадии в другую осуществляется при участии цитокинов (см.ниже).
Иммунные реакции
Инициатором иммунных процессов является антигены – чужеродные белки, полисахариды, пептиды которые при введении в организм способны вызвать иммунный ответ.
Различают растворимые антигены; корпускулярные – на поверхности «частиц» - вирусов, бактерий, различных клеток (напр. опухолевых); неполные антигены или гаптены – чужеродные ДНК, липиды и низкомолекулярное органические соединения.
Антигены различают по иммунноспецифичности, т.е.к разным растворимым антигенам образуется разные антитела (иммунноглобулины), а к корпускулярным антигена – Т-лимфоциты с разным рецепторами. Иммунноспецифичность антигена определяется не всей молекулой, а отдельной ее частью, т.н. антигенной детерминантной, которых у антигена может быть несколько и, сл-но, антител на один антиген вырабатывается несколько.
Т.о., антигены – это чужеродные вещества и собственные белки, способные вызвать иммунную реакцию или принимающие участие в ней относятся к группе мембранных белков гликопротеинов и называется антигенами и системы гистосовместимости. Сюда относятся система антигенов лейкоцитов, - которая насчитывает более 80 антигенов и условно делится на: 1-антигены главного локуса; 2-антигены гранулоцитов; 3-антигены лимфоцитов и система антигенов эритроцитов.
1. Наиболее обширную группу составляют антигены главного локуса, которые по рекомендации ВОЗ обозначают НLА (Human leucocyte Antigen).
2. Антигены гранулоцитов является тканеспецифичными и включают три антигена NA-1, N-2, N-3, которые играют важную роль при беременности.
3. Антиген лимфоцитов LуD2 встречаются в лимфоцидной ткани.
Гены, кодирующие все эти антигены составляют систему главного комплекса гистосовместимости (ГКС) или Major Histocompatibility Complex (МНС) и находятся 6 хромосоме. Эти гены очень изменчивы и образуют 3 класса генов, расположенных в 80 локусах. Гены класса 1 (локусы А, В, С, Е, F и.д.), класса II (DR, Da, DP) кодируют гены лейкоцитов человека (НLА), сцеплены м/у собой и образуют множество аллелей (напр. ген А-19 аллелей, ген В-20 аллелей, С-15 аллелей). Гены класса III кодируют белки выполняющие различные иммуннологич.ф-ки: белки медиаторов воспаления, факторы некроза опухолей, белки теплового шока и д.р.
Соответственно, формируются системы антигенов: антигены ГКГ-1, антигены ГКГ-II, антигены ГКГ-III.
Иммунитет – это защитная реакция организма, обеспечивающая в организм инфекционных и неинфекционных агентов, паразитарных организмов и веществ, обладающих чужеродными антигенными свойствами. Осуществляется иммунитет иммунной системой в виде иммунных реакций, направленных на освобождение организма от чужеродных антигенов.
Иммунная система представлена центр. лимфоидными органами – вилочковой железой и костным мозгом и периферическими лимфотическими узлами, селезенкой и кровью, в которых образуются клетки обеспечивающие иммунные реакции: моноциты и макрофаги, Т-лимфоциты и В-лимфоциты и др. Т-лимфоциты обеспечивают клеточный противовирусный и трансплантационные иммунитеты, Т-, В-лимфоциты и макрофаги реализуют гуморальный иммунитет, макрофаги участвуют в обеспечении противопухлевого иммунитета, разрушение чужер.клеток.
Кроме этих антигенов в иммунной реакции участвует система антигенов эритроцитов, которые обуславливают иммунную реакцию при переливание крови (система групп крови АВО), группа крови резус (Rh) и еще 15 систем групп крови (Келли, Даффи, МN, Diego и пр).
Всего известно около 80 антигенов групп крови.
Т.о., благодаря количеству генов, кодирующих антигены, и их высокой изменчивости у людей наблюдается большое разнообразие генотипов и генотипов по системе антигенов. Практически нет двух людей с одинаковым набором антигенов (кроме монозиготных близнецов).
Иммунные реакции человека осуществляются в виде клеточного и гуморального от-вета.
Клеточный иммунитет
Клеточный иммунитет обеспечиваются Т-лимфоцитами, рецепторы которых распознают антигены ГКС-I (рис.88).
Антигены ГКС-1 насчитывают несколько сотен гликопротеинов и содержаться на поверхности любой соматической клетки. В молекуле антигена ГКГ-1 две полипептидные цепи – тяжелая и легкая. По этим антигенам иммунная система организма узнает «свою» или «чужую» клетку. К «чужим» клеткам относятся: клетки трансплантата (орган или ткано пересаживаемая от одного организма к другому); клетки опухолей, клетки крупного микроорганизма (патогенные грибы), клетки, антигены которой связаны с вирусом.
Эти клетки обнаруживаются Т-лимфоцитами – киллерами, а именно: Т-киллерами или СД8+- клетками, по типичными поверхностному белку СД 8, или NК-клетками.
Рис. 88. Стадии развития клеточной иммунной реакции (Из: Мушкам-
Баров, 2004)
Т-киллеры является иммуноспецифическими лимфоцитами- киллерами и имеют Т-клеточные рецепторы (ТСR, см. «адгезивные белки»), каждый вид которых настроен на узнавание определенного антигена ГКГ-1. контактирую с клеткой, которую они инспектируют, Т-киллеры ищут на ее поверхности свой антиген ГКГ-1. Если они его обнаруживают, остаются невозбужденными. В случае не обнаружения «своего» антигена ГКГ-1, клетка считает «чужой» и Т-киллеры активируется, т.е. подвергаются бласттрансформации:
Реакция бластрансформации включает ряд морфологический и биохимическим преаращений лимфоцита: резко увел. синтез ДНК, увел. количество и размеры ядрышек, в ядре преобладает эухроматин. Цитоплазма увеличивается в размере, нарастает количество органелл. Изменяется набор СД-молекул (дифференциовочные молекулы). В результате этой реакции Т-киллеры превращаются в Т-иммунобласты, которые интенсивно делится в Т-зонах периферических лимфоидных органов. Новые Т-киллеры, атакуют «чужеродные клетки» при этом выделяют белок перфорин, образующий в «чужеродной клетке» гидрофильные каналы. Через эти каналы в клетку поступают специальные протеазы – гранзимы Разрушающие внутриклеточные белки. В клетку также проходят низкомолек.соединения и вода, что способствует развитию осмотического шока. Параллельно действует еще один механизм, который запускает механизм «самоубийства» клетки – апоптоз (подробнее в разделе «Апоптоз»).
NK – клетки или натуральные киллеры – неиммуноспецифичны и одинаковы. Они узнают белки антигены, характерные опухолевым клеткам и атакуют их без первичного контакта, и убивают опухолевую клетку также как и Т – киллнры. Т.о. они обеспечивают противоопухолевый иммунитет.