X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение

Иммуногенетика - раздел иммунологии, занятый изучением четырех основных проблем:

Генетика гистосовместимости;

Генетический контроль структуры иммуноглобулинов и других иммунологически значимых молекул;

Генетический контроль силы иммунного реагирования

Генетика антигенов.

Первая из этих проблем связана с направлением исследований, задачи которого - познание причин несовместимости тканей при внутривидовых пересадках - родилось в 30-е годы. Экспериментальные усилия привели к открытию комплекса генов, контролирующих поверхностные клеточные структуры - молекулы (антигены) гистосовместимости, - которые и вызывают иммунную реакцию отторжения чужеродной ткани.

Вторая проблема иммуногенетики связана с изучением геномной организации иммуноглобулинов. Она возникла после выяснения особенностей молекулярной организации антител и разработанных в середине 60-х годов чисто теоретических представлений о генетических основах их структур.

Изучение генетического контроля силы иммунного ответа (третья из перечисленных выше проблем) как самостоятельного направления исследований началось тоже в 60-е годы и вскоре слилось с проблемой, направленной на выяснение механизмов распознавания антигена Т-клетками .

В начале нашего столетия К.Ландштейнером была открыта система АВО групп крови человека. В это же время П.Наттол провёл сравнительные изучение антигенных свойств белков сыворотки крови у человека и обезьян. Эти работы привели к формированию задач, целью которых стало выявление функций и характера наследования антигенов клеток, тканей, жидкостей организма. Основной прием состоял в использовании антител, специфичных к искомому антигену. Антитела получали из сыворотки крови иммунизируемых лабораторных животных.

Основные термины

Иммунитет – это свойство организма поддерживать генетический гомеостаз, борьба с генетически чужеродными веществами – антигенами.

Антигенными свойствами обычно обладают высокомолекулярные органические вещества, обладающие видовой специфичностью (белки, нуклеиновые кислоты,полисахариды).

Антигены могут быть растительного, животного, микробного, синтетического происхождения, а также они могут образовываться в самом организме (раковые клетки). В ответ на попадание антигена организм вырабатывает антитела. 

Антитела – белковые молекулы (гамма-глобулины), вырабатываются особым типом лейкоцитов (В- лимфоциты), содержатся в плазме крови.  Антитела взаимодействуют с антигенами, обезвреживают их.

Иммунореактивность – это способность иммунной системы своевременно отвечать на проникновение инфекции. Реакция зависит от концентрации антител и соотношения численности и связи между Т- и В-лимфоцитами.

Иммуногенность – это свойство антигенов вызывать иммунную реакцию организма.

Генный механизм антителообразования.

Суть его состоит в том, что сначала с помощью специальных иммунокомпетентных клеток расшифровывается структура антигенных детерминант Аг, проникшего в организм.

Затем, относительно структуры каждой антигенной детерминанты, происходит перестройка (перестановка) интронно-экзонных участков, вследствие чего изменяется структура и функция гена. После этой перестройки гены дают информацию на синтез специфических по структуре Ат. Синтезированные Ат связываются с Аг, что приводит к снижению или полному прекращению их выработки. Полное уничтожение всњех Аг останавливает синтез конкретных Ат. Система генной регуляции антителообразования функционирует постоянно.

Болезнь наступает в том случае, в случае если нарушается равновесие между концентрацией Аг и Ат в пользу увеличения Аᴦ. Это может произойти по причинње высокой вирулентности возбудителя или вследствие ослабления организма и замедления антителообразования или неполадок в самой системе. Во время болезни организм мобилизует дополнительные силы за счёт других функций, к примеру работоспособности, молокообразования. Использования запаса белков, жиров и т.д.

Генетический контроль иммунного ответа (иммунологической реактивности)

Генами иммунного ответа являются Ir-гены. При иммунизации инбредных линий мышей синтетическими антигенами выявлены линии с сильным и слабым иммунным ответом. Анализ потомства от возвратного скрещивания дал основание сделать заключение, что высокое антителообразование кодируется одним доминантным геном, а низкая иммунная реакция – рецессивным. В дальнейшем было уточнено, что высота иммунного ответа детерминирована более чем одной парой генов. Локус, отвечающий за силу иммунного ответа͵ был обозначен как Ir =1 (иммунный ответ=1). Он оказался сцеплен с главным комплексом гистосовместимости Н-2. Этот локус обусловливает иммунный ответ к многим антигенам. Сейчас известно, что в области I комплекса Н-2 существует не один, а три локуса Ir (Ir-1А, Ir-1В, Ir-1С). Кроме этого, открыты Ir –гены, локализованные вне Н-2-комплекса. Это локусы Ir -2, Ir -4, а также локус Ir, сцепленный с полом. Во многих случаях иммунный ответ против антигенов наследуется полигенно.

Иммунизация свиней различными антигенами позволила также открыть гены иммунного ответа͵ которые имеют сходство с Ir -генами мышей. Иммунный ответ носит количественный характер, а гены иммунного ответа сцеплены с главным комплексом гистосовместимости SLA. Главный комплекс гистосовместимости аналогичный Н-2 мыши открыт у человека, у крупного рогатого скота͵ у лошадей, у кур и других видов животных. Установлено, что лейкоцитарные антигены, расположенные на поверхности клеток в качестве компонентов плазматической мембраны, влияют на результаты трансплантации органов и тканей. Эти антигены (аллогены) контролируются главным комплексом гистосовместимости (МНС).

Группы крови

Термин «группа крови» характеризует системы эритроцитарных антигенов, полный антигенный «портрет»  В мембране эритроцитов человека содержится более 300 различных антигенов, молекулярное строение которых закодировано соответствующими генами.  Две важнейшие классификации группы крови человека - это система AB0 и резус-система.  Известно также 46 классов других антигенов, из которых большинство встречается реже.

Система АВО - Открыта австрийским иммунологом Карлом Ландштейнером. В 1891 году он проводил исследование эритроцитов и обнаружил, что в красных кровяных клетках (эритроцитах) некоторых людей может быть специальный маркер, который ученый обозначил буквой А, у других - маркер В, у третьих не обнаруживались ни А, ни В.

В 1900году была опубликована статья Через год Ландштейнер описал простой способ разделения крови человека на три группы: А, В и С (последняя группа в дальнейшем стала обозначаться как О).

Четвертая группа АВ(IV) была описана ученым Декастелло в 1902 году. Совместное открытие двух ученых получило название системы АВО.

Наследование групп крови системы АВО

Группа крови по системе АВО контролируется геном I, который находится в 9 хромосоме. Ген I имеет три аллельные формы IА IВ IО. Аллель IО рецессивен по отношению к двум другим. Ген I определяет синтез белков-антигенов на мембране эритроцитов и антител к ним в плазме крови. Три аллеля гена образуют 6 генотипов и 4 фенотипа.

Группы крови по системе АВО

Группа	Ген	Генотип	Фенотип
			Антигены	Антитела
I(0)	I0	I0I0	-	Альфа, бета
II(A)	IA	IAIA, IAI0	A	Бета
III(B)	IB	IBIB, IBI0		Альфа
IV(AB)	IA, IB	IAIB	A,B	-

Несовместимость крови

При встрече одноименных антигена и антитела (А и α, В и β) происходит склеивание эритроцитов (агглютинация)

Комочки эритроцитов закупоривают капилляры, нарушается кровоснабжение органов, что может привести к смерти (гемотрансфузионный шок).

Группа крови обязательно учитывается при переливании крови

При переливании учитываются эритроциты донора и плазма реципиента

Эритроциты I(О) группы не содержат антигенов, поэтому I(О) группу называют универсальным донором

Плазма IV(АВ) группы не содержит антител, поэтому ее называют универсальным реципиентом

Rh- система

К.Ландштейнером и А.Винером в 1940 г. в эритроцитах обезьяны макаки-резуса был обнаружен антиген, который они назвали резус-фактором. Этот антиген находится и в крови 85% людей белой расы. У некоторых народов, например, эвенов резус-фактор встречается в 100%.

Кровь, содержащая резус-фактор, называется резус-положительной (Rh+).

Кровь, в которой резус-фактор отсутствует, называется резус- отрицательной (Rh-).

Наследование Rh-фактора

В настоящее время известно, что система резус включает много антигенов, синтез которых контролируется тремя локусами первой хромосомы: С, Д, Е. Доминантные аллели определяют синтез антигенов (Rh+), а рецессивные – их отсутствие (Rh-).

Локусы тесно сцеплены, не обнаруживают кроссинговера, наследуются всегда вместе. Наиболее активным является антиген D

Резус -конфликт

Система резус, в отличие от системы АВО, не имеет в норме соответствующих антител в плазме. Однако если кровь резус-положительного донора перелить резус-отрицательному реципиенту, то в организме последнего образуются специфические антитела по отношению к резус-фактору. При повторном переливании резус-положительной крови этому же человеку у него произойдет агглютинация эритроцитов, т.е. возникает резус- конфликт, протекающий по типу гемотрасфузионного шока. Поэтому резус- отрицательным реципиентам можно переливать только резус-отрицательую кровь.

Резус-конфликт также может возникнуть при беременности, если кровь матери резус- отрицательная, а кровь плода резус-положительная. Резус-антигены, проникая в организм матери, могут вызвать выработку у нее антител. Однако значительное поступление эритроцитов плода в организм матери наблюдается только в период родовой деятельности. Поэтому первая беременность может закончиться благополучно.

При последующих беременностях резус-положительным плодом антитела проникают через плацентарный барьер, повреждают ткани и эритроциты плода, вызывая выкидыш или тяжелую гемолитическую анемию у новорожденных.

С целью профилактики резус-отрицательной женщине сразу после родов или аборта вводят концентрированные анти-Dантитела.

Примеры заболеваний

Атопия - индивидуальная или семейная предрасположенность к выработке IgE в ответ на малые дозы аллергенов и развитие типичных симптомов бронхиальной астмы, риноконъюнктивита или дерматита (экземы). Успехам в области генетики атопических заболеваний в немалой степени способствует достаточно полное понимание механизмов реализации IgE-опосредованных иммунных реакций. Аллергены, проникая в организм, взаимодействуют с дендритными клетками. Результатом этого является презентация доминирующего эпитопа аллергена с молекулами HLA-II на поверхности дендритных клеток. Связывание этого комплекса с рецепторами CD4+ T-лимфоцитов стимулирует дифференцировку Th0 лимфоцитов в Th2, способные к секреции цитокинов. Их функция тесно связана с гуморальным иммунным ответом. При действии антигенов микроорганизмов и некоторых вирусов CD4+ T-лимфоциты превращаются в Th1-лимфоциты, секретирующие ИЛ-12, интерферон γ (ИФН γ) и фактор некроза опухолей. Это приводит к активации макрофагов и элиминации с их помощью патогенных микроорганизмов. Сдвиг в сторону Th2 ответа активирует ИЛ-4 и ингибирует ИЛ-12, ИФН γ и ИФН α. Th1-ответ требует высвобождения ИЛ-12 макрофагами и дендритными клетками и супрессируется ИЛ-10. Цитокины, высвобождаемые Th2-клетками (как правило, ИЛ-4 и -13), взаимодействуют со своими рецепторами на В-лимфоцитах, активируют транскрипцию генного локуса тяжелой цепи типа ε иммуноглобулинов и индуцируют переключение изотопов с μ на ε. IgE, синтезируемый активированными В-клетками, связывается с высокоаффинными (FcεRI) и низкоаффинными (FcεRII; CD23+) рецепторами тучных клеток, инициируя высвобождение медиаторов воспаления и хемокинов: гистамина, простагландинов, лейкотриенов, фактора активации тромбоцитов, дегранулированных протеаз и др. Медиаторы воспаления также синтезируют эозинофилы, активированные ИЛ-3, -5 и GM-CSF. Атопическая бронхиальная астма. К настоящему времени число генов, связанных с этим заболеванием или обнаруженных в полногеномных исследованиях, составляет около 550.

Функционально ассоциируемые гены объединены в четыре группы: гены врожденного иммунитета и иммунорегуляции (TLR2, TLR4, IL10), гены, связанные с дифференцировкой и функционированием Т-лимфоцитов 2-го типа (IL4RA, IL4R, IL13), гены иммунитета слизистых оболочек и физиологии эпителия (CCL5, FLG) и гены, ассоциированные с легочной функцией, ремоделированием дыхательных путей и бронхиальной гиперреактивностью (ADRB2, GSTM1, GSTP1, LTA, NOS1). Как было отмечено ранее, для многофакторных заболеваний характерен малый эффект отдельного генетического варианта в отношении фенотипа болезни. Это свойственно и для бронхиальной астмы. В синергизме с другими аллельными вариантами (межгенные взаимодействия) этот эффект может заметно усиливаться. Так, при исследовании более тысячи немецких детей в возрасте 9-11 лет было показано, что при пошаговом комбинировании генов интерлейкинов (IL4, IL13), гена, кодирующего α-цепь рецептора ИЛ-4 (IL4RA), и гена внутриклеточного активатора транскрипции (STAT6) риск повышения концентрации IgE возрастал в 10,8 раза, а развития бронхиальной астмы - в 16,8 раза по сравнению с суммарным эффектом отдельных полиморфизмов. Наряду с анализом ассоциаций генов-кандидатов для идентификации генов подверженности бронхиальной астме было проведено полногеномное ассоциативное исследование, которое, подтвердив некоторые ранее известные гены подверженности, обнаружило новые. Среди них можно выделить два близко расположенных гена на хромосоме 17q21 - ORMDL3 и GSDML, а также ген CH13L1, кодирующий хитиназаподобный протеин YKL-40. В первом полногеномном исследовании отечественного материала (больные с бронхильной астмой из томской популяции) установлены ассоциации заболевания у детей (возраст начала болезни - до 16 лет) с генами YWHAB и PPP1R12B, расположенными на 20q13.12 и 1q32.1. Важнейшим из аспектов исследований генетики бронхиальной астмы считают фармакогенетический, обусловливающий индивидуальный ответ на применение наиболее распространенных противоастматических препаратов (бронходилататоры, глюкокортикоиды и антилейкотриены). Так, показана ассоциация полиморфизмов гена ADRB2, кодирующего β2-адренергический рецептор, с бронходилататорным ответом на высокие дозы β-агонистов короткого действия (альбутерол) при лечении приступов удушья: альбутерол¤ у гомозигот по Gly16 лучше купирует и предупреждает приступ удушья, чем у гомозигот по Arg16. Известен генетический маркер - вариант гена β-иммуноглобулинового рецептора тучных клеток (FCER), кодирующего низкоаффинный рецептор IgE, который ассоциирован с повышением риска возникновения приступа бронхиальной астмы у детей, принимающих ингаляционные глюкокортикоиды, несмотря на их протективный эффект.

Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) - широко распространенное, неуклонно прогрессирующее заболевание бронхолегочной системы, характеризующееся необратимым нарушением проходимости дыхательных путей, которое приводит к существенному снижению качества жизни, обусловливает раннюю инвалидизацию и высокую смертность больных. Данные ВОЗ свидетельствуют о повсеместном росте заболеваемости ХОБЛ. На сегодняшний день это единственная болезнь легких, распространенность которой продолжает расти как в развитых, так и в развивающихся странах. Распространенность ХОБЛ в разных странах мира достигает 6%. В 2002 г. в мире насчитывали около 600 млн больных с ХОБЛ (12-е место по распространенности среди других болезней), а к 2020 г. их количество удвоится (5-е место среди других болезней). Следует отметить, что среди женщин заболеваемость ХОБЛ растет гораздо быстрее, чем среди мужчин. Наиболее значимый фактор риска ХОБЛ - табакокурение. Если до начала 90-х гг. заболеваемость у мужчин была выше в связи с большим числом курящих мужчин, то к началу XXI в. распространенность ХОБЛ среди женщин стала уверенно догонять мужскую одновременно с увеличением количества курящих женщин. Известно, что не у всех курильщиков развивается ХОБЛ. По данным разных авторов, частота возникновения заболевания при курении составляет не менее 20-30%, что может указывать на важную роль наследственных факторов, модифицирующих влияние курения на конкретного индивидуума. В патогенезе ХОБЛ доминирующую роль играет воспалительный процесс. В основе прогрессирования заболевания лежит активизация хронического воспаления в дыхательных путях при обострении ХОБЛ, что в результате приводит к формированию основных морфологических признаков болезни. О роли наследственных факторов в формировании распространенных заболеваний бронхолегочной системы свидетельствуют результаты многочисленных клинико-генеалогических (семейные, близнецовые) и генетико-эпидемиологических исследований. В последние 15 лет широкое распространение получили исследования генетических ассоциаций: список генов-кандидатов подверженности ХОБЛ включает порядка 130 генов, из которых для 80 обнаружены надежные ассоциации, повторяющиеся более чем в двух когортных исследованиях. Условно эти гены разделяют на гены цитокинов, протеаз и их ингибиторов, гены оксидантной и антиоксидантной системы, гены трансформации ксенобиотиков и др.

Заключение

Последние достижения в методах культивирования лимфоцитов позволяют получать большие количества гомогенных Т-клеток, секретирующих иммунорегуляторные пептиды. Это означает, что теперь появилась возможность обнаруживать и выделять нетоксичные пептиды, специфично активирующие или подавляющие иммунный ответ. Например, моноклональные пептиды, синтезируемые индукторными клетками, активируют размножение и дифференцировку специфичных клеток-мишеней. Один пептид активирует дифференцировку стволовых клеток в красные и белые клетки крови, другой стимулирует секрецию антител В-клетками, третий индуцирует размножение и, возможно, дифференцировку тучных клеток. Может быть, наиболее важный результат этих исследований заключается в том, что каждый пептид, полученный от Т-клеточных клонов, может оказывать сильное регуляторное воздействие как на интенсивность, так и на характер иммунного ответа. Можно надеяться, что некоторые из этих иммунорегуляторных молекул или их аналоги будут использованы в качестве мощных терапевтических агентов для лечения некоторых хронических заболеваний. Поскольку через несколько лет очищенные индукторные и супрессорные пептиды будут доступны в больших количествах, это направление их использования скоро можно будет критически оценить.

Гомогенные популяции Т-клеток, осуществляющие антиген-специфическую помощь или супрессию, являются чрезвычайно привлекательным объектом для биохимического анализа. Исследование иммунологической активности клонов Т-клеток, обладающих известной функцией и специфичностью, интересно и еще о одной точки зрения. Наши знания о факторах, регулирующих молекулярные каскады, контролирующие свертывание крови или активацию комплемента, были получены при анализе вклада каждого очищенного компонента в биологическую реакцию. Такой редукционистский анализ позволил точно определить те критические молекулярные события, которые усиливают или подавляют эти две биологические системы.

Этот подход в скором времени может быть применен для исследования каскада межклеточных взаимодействий, регулирующих гуморальный и клеточный иммунные ответы. Стратегия заключается в построении или синтезе минимального набора клеточных компонентов, требующихся для иммунного ответа, с использованием хорошо охарактеризованных клонов лимфоцитов, относящихся к различным регуляторным популяциям Т-клеток, гомогенных популяций В-клеток и моноцитов.

Список литературы

Адо А.Д. «Общая аллергология. Руководство для врачей».- Москва, «Медицина», 1978.

Кульберг А.Я. «Молекулярная иммунология». – Москва, Высшая школа. 1985.

Клаус Дж. «Лимфоциты. Методы». – Москва, Мир, 1990.

Коллинз У.П. «Новые методы иммуноанализа». — Москва, Мир, 1991.

Минеева Н.В. «Группы крови человека. Основы иммуногематологии». – Санкт-Петербург, 2004.

Код для цитирования: Скопировать