ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ИММУННОГО ОТВЕТА

Лекция-19

Иммунный ответ, или иммунологическая ре­активность, — высокоспецифическая форма реакции организ­ма на чужеродные вещества (антигены). При иммунном ответе происходят распознавание чужеродного агента и его элиминация. При введении антигена возникает первичный иммунный ответ — приблизительно через 2 дня в крови образуются антите­ла, титр которых возрастает, достигает максимума (к 4—6-му дню), а затем падает. Вторичный иммунный ответ воз­никает на повторное введение того же антигена и характеризуется более высоким и быстрым нарастанием титра антител. Подобная реакция более усиленного образования антител на повторное вве­дение антигена, как вы знаете, называется иммунологичес­кой памятью, обусловлена наличием клеток иммунологичес­кой памяти и может сохраняться в течение многих месяцев и даже лет. Иммунный ответ зависит от генотипа организма.

Иммунный ответ на инфекцию в общем виде показан на ри­сунке 53. Сначала антиген захватывается (I) представляющей клеткой (макрофагом). Внутри макрофага антиген перерабатыва­ется (процессинг антигена) и попадает на его поверх­ность (2). Антиген на поверхности макрофага узнает активирован­ный Т-хелпер (3). Т-супрессоры при иммунном ответе взаимодей­ствуют с Т-хелперами и В-лимфоцитами. Т-хелпер активирует В-лимфоцит, на поверхности которого находится процессирован-ный антиген (4). В-лимфоциты на своей поверхности имеют ре-депторы-иммуноглобулины, которыми они узнают и связывают циркулирующий в организме антиген (5). Активированные В-лимфоциты пролиферируют и превращаются в клон плазматичес­ких клеток (б), а некоторые из их потомков становятся клетками памяти (7), обеспечивающими быстрый ответ на инфекцию в бу­дущем. Клон плазматических клеток продуцирует антитела, кото­рые связываются с антигеном, маркируют его (8), антигены узна­ются и уничтожаются макрофагами (9).

При вирусной инфекции ДНК или РНК вируса попадает в клетку, а вирусные белки остаются на клеточной

Мембране (рис. 54). Цитотоксические Т-клетки (Т-киллеры) своими рецеп­торами специфически узнают вирусные антигены только в ком­бинации с белком -главного комплекса гйстосовместимости (МНС) класса I, которые имеются почти на всех клетках орга­низма. МНС класса I определяют иммунологическую индивиду­альность клетки. В отличие от антител Т-рецепторы не узнают и не связывают антиген, если тот не находится вместе с белком МНС. После узнавания антигенов цитотоксические Т-клетки убивают зараженные вирусом клетки.

Мутации любых локусов, обусловливающие разные звенья иммунной системы организма, в той или иной степени влияют на иммунный ответ. У кроликов, свиней, птицы, мышей и т. д. обнаружены индивидуальные и межлинейные различия по силе иммунного ответа.

Рис. 53. Иммунный стает на инфекцию (по Тонегма, 1985)

Гены иммунного ответа (Ir-гены). При иммунизации инбред-ных мышей различными антигенами выявлены линии с сильным и слабым иммунным ответом. Гены, кодирующие иммунный ответ,«15ыли названы генами иммунного ответа (immune response).

Рас. 54. Ответ на вирусную инфекцию (по Тонегава, 1985)

Высота иммунного ответа детерминирована многими генами иммунного ответа, обозначаемыми 1г-1, 1г-2 и т. д. У мышей из­вестно более 20 Ir-генов. Iг-гены контролируют ответ на тимусза-висимые. антигены и реализуют свое действие на уровне Т-лимфо-цитов. Контроль иммунного ответа осуществляется 1г-генами путем контроля синтеза la-белков (продукты генов 1-района МНС). Эти белки на мембране макрофага вступают в ассоциацию с молекулами процессированного (переработанного в макрофаге) антигена.

В I-районе главного комплекса гистосовместимости мышей Н-2 существует три локуса Ir (Ir-1A, Ir-1B, Ir-lC). Кроме того, известны Ir-гены, расположенные вне Н-2 комплекса. Это локу-сы Ir-2, Ir-4, а также локус Ir, сцепленный с полом. Общее количество Ir-генов неизвестно. Ir-гены контролируют также - клеточные реакции иммунитета. 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 Ir-гены сцеплены с главным комплексом гистосовмес­тимости свиней SLA.

Межлинейные и межпородные различия антителогенеза. Путем ', селекции можно усилить иммунный ответ на различные антиге-йньг. При иммунизации лептоспирами мышей 12 инбредных Ж Линий и сублиний установлено, что титры антител у особей ^Некоторых линий были в 2 раза выше, чем у других. При скре­щивании контрастных линий обнаружено доминирование высо­кого иммунного ответа. Анализирующее скрещивание дало воз­можность сделать заключение о детерминации иммунного ответа более чем одной парой генов.

Обнаружены различия в титрах антител поросят разных Пород, вакцинированных модифицированной живой вирус-вак-ЦИной против псевдобешенства (табл. 36).

 

36. Средние титры ентител (1дг) поросят разных пород после вакцинации против псевдобешенства (по Rothachlld м др.)

 

Порода	Число поросят	Ig2 титра антител
Йоркширская Гемпширская Дюрок Ландрас	96 75 132 152	4,29 ± 0,12 4,10 ± 0,25 3,64 ±0,11 3,46 ± 0,13

К. В. Жучаев и С. П. Князев (1990—1993) установили у свиней значительную внутрипопуляционную дифференциацию по гумо­ральному иммунному ответу на сальмонеллы и эритроциты бара­на, по клеточной реакции на фитогемагглютинин: группы потом­ков разных хряков-производителей различались на 25—40 %.

Установлено, что у монозиготных двоен крупного рогатого скота наблюдается большее сходство в иммунном ответе на ряд антигенов, чем у дизиготных двоен.

Биози с соавт. (1973) в результате отбора инбредных мышей одной линии по высоте иммунного ответа на эритроциты барана в девятом поколении добились 30-кратных различий по титру антител между высоко- и низкореагирующими группами. Биози также проводил селекцию в течение 20 поколений и создал две линии мышей (АВ/А и AB/L), которые имели 200-кратные раз­личия по титру антител против эритроцитов барана (1:10 000 и 1:40). Животные этих линий различались по высоте иммунного ответа ко многим, но не ко всем антигенам. Иммунологическая реактивность на некоторые антигены у животных этих линий оказалась одинаковой.

На основании вышесказанного можно сделать важный для селекционера вывод о том, что общей высокой иммунологичес­кой реактивности нет, а имеется конкретный иммунный ответ (Петров, 1983). Поэтому невозможно создать линии и породы животных, которые были бы в одинаковой мере резистентны ко всем болезням.

Очень важно для селекции то, что генетические различия между высокореагирующими и низкореагирующими особями на какие-то антигены сохраняются не только в течение жизни орга­низмов, но даже после воздействия ионизирующей радиации — сильного иммунодепрессивного фактора. Так, воздействие субле­тальных доз у-лучей на мышей, различающихся в 20 раз но продукции антител к лептоспирам, приводит к снижению титра антител в этих группах, но межлинейные различия сохраняются.

Можно сделать некоторые обобщения в отношении генов иммунного ответа:

1) Ir-гены определяют количество синтезируемых антител против определенных антигенов;

 

2) многие Ir-гены связаны с генами главного комплекса гис-
тосовместимости и отвечают за кооперацию Т- и В-лимфоцитов;

3) Ir-гены не сцеплены с локусами, кодирующими иммуног­
лобулины;

4) Ir-гены высокоспецифичны. У организмов с одним и тем
же генотипом может быть высокий иммунный ответ против
одного антигена и низкий — против другого. Не обнаружены
гаплотипы, определяющие общую высокую или низкую иммуно­
логическую реактивность;

5) генетически обусловленные различия в высоте иммунного
ответа сохраняются в разные возрастные периоды;

 

6) между генами, контролирующими высокий или низкий
иммунный ответ против различных антигенов, в основном не
существует никакой связи;

7) эффект генов, отвечающих за иммунологическую реактив­
ность, реализуется на уровне популяции лимфоидных клеток.

Теории иммунитета. В регуляции иммунитета на внутрикле­точном уровне принимают участие Ir-гены. На межклеточном уровне в регуляции участвуют различные вещества, выделяемые Т-лимфоцитами и в меньшей мере В-лимфоцитами. Антитела также выполняют регуляторные функции. На уровне организма регуляция осуществляется нейрогуморальной системой.

Из многих теорий иммунитета наибольшее признание получи­ла клонально-селекционная теория Ф. Бернета (1959). Она основана на четырех основных принципах: 1) в орга­низме имеется большое число лимфоидных клеток; 2) популяция Лимфоидных клеток гетерогенна, и в результате интенсивного деления клеток образуется большое число клонов (популяция клеток, происходящая от одного предшественника); 3) неболь­шое количество антигена стимулирует клон клеток к размноже­нию; 4) большое количество антигена элиминирует соответст­вующий клон. Согласно этой теории антиген, взаимодействуя с рецептором клетки (В-клетки), вызывает ее интенсивную про­лиферацию (деление), в резуль­тате чего образуется клон, син­тезирующий антитела одной специфичности. Все клетки клона имеют один и тот же ге­нотип. При соматических мута­циях одного клона могут возни­кать новые клоны (рис. 55).

 

Рис. 55. Клон В-клеток (/) а новый

клон клеток, возникший в результате

мутации (2)

Сетевую теорию регу­ляции иммунитета предложил Н. Ерне (1974). Согласно этой теории антитела не только узна­ют антиген, но и сами являются антигенами. Такая ситуация возникает потому, что в период диф-ференцировки организм с антителами не встречался, поэтому они выступают в роли антигена, на который вырабатываются анти­антитела. Полагают, что антигенные детерминанты антител (идио-типы) — важный фактор регуляции системы иммунитета. Во время иммунологической реакции повышение концентрации идиотипов стимулирует антиидиотипическую активность. Анти-идиотипические реакции осуществляют ауторегуляцию иммунно­го ответа.

Нарушение регуляции иммунного ответа приводит ко многим болезням, и прежде всего аллергическим, предрасположенность к которым зависит и от генотипа организма.

ГЛАВНЫЙ КОМПЛЕКС ГИСТОСОВМЕСТИ МОСТИ (МНС)

При первой пересадке сердца человека, сделанной в 1967 г. К. Барнардом, и сотнях последующих хирурги столкнулись с проблемой отторжения трансплантата. Оказалось, что главная трудность заключается не в технике операции, которая сейчас разработана достаточно хорошо, а в несовместимости тканей, обусловленной иммунологическими механизмами. Так, у челове­ка выживание трансплантатов реципиентов, взятых от случайно­го донора, составляет 10,5 дня, тогда как трансплантаты, обме­ненные между однояйцовыми близнецами (изотрансплантаты), приживаются. Это происходит благодаря наличию на поверхнос­ти клеток антигенов, называемых трансплантационными антиге­нами или антигенами гистосовместимости. Большинство транс­плантационных антигенов расположены на лейкоцитах, но они имеются и на всех других ядросодержащих клетках (клетках кожи, легких, печени, почек, кишечника, сердца и т. д.). Гены, кодирующие эти антигены, называются генами тканевой совмес­тимости. Система генов, контролирующая трансплантационные антигены лейкоцитов, названа главным комплексом гистосов­местимости (англ. Major Histocompatibility complex — МНС). Гены гистосовместимости кодоминантны.

Эффективность трансплантации зависит не только от лейко­цитарных и эритроцитарных антигенов, но и от минорной систе­мы гистосовместимости. Трансплантаты между монозиготными близнецами приживаются. Однако у братьев и сестер при совпа­дении по МНС-гаплотипам, но несовпадении по минорным сис­темам гистосовместимости происходит отторжение транспланта­тов кожи.

После иммуноглобулинов и рецепторов Т-клеток белки глав­ного комплекса гистосовместимости самые разнообразные из всех белков. Различают два класса белков МНС. Белки класса I находятся на поверхности почти всех клеток. Молекула белка состоит из двух полипептидных цепей: большой и малой. Белки

МНС класса II имеются на поверхности некоторых клеток (В-лимфоциты, макрофаги, специализированные эпителиальные клетки), а их молекула состоит из примерно равных полипептид­ных цепей. Белки МНС имеют некоторое сходство с иммуногло­булинами. Основная роль белков МНС состоит не в отторжении чужой ткани, а в направлении реакции Т-клеток на антиген. Цитотоксические Т-клетки могут узнавать антиген, если он расположен вместе с белками МНС класса I на поверхности одной клетки. Т-хелперы узнают антиген в комбинации с белками МНС класса И. Такое двойное стимулирование называется МНС-о граничением.

Впервые главную систему тканевой совместимости мыши Н-2 открыл П. Горер в 1936 г. Кроме Н-2 найдено много локусов тканевой совместимости, расположенных во всех хромосомах.

В 1980 г. Д. Снелл, Ж. Доссе и Б. Бенацерафф получили Но­белевскую премию за «различные аспекты исследования, привед­шего к современному пониманию системы генов гистосовмести­мости человека». Д. Снелл сформулировал основные генетичес­кие законы совместимости тканей и получил данные о тонком строении локуса Н-2 у мышей.

Рис. 56. Схема сцеплена* локусов глшвого комплекса гистосоамеспмости:

А—Н-2 у мыши; В— В у кур; С— SLA у свиней (по Hruban, 1981)

Система Н-2 довольно хорошо изучена, поэтому она служит хорошей моделью для исследования МНС у других видов живот­ных. Комплекс Н-2 включает несколько тесно сцепленных локу­сов длиной 0,35 сМ, расположенных в 17-й хромосоме. Ком­плекс Н-2 разделен на пять областей: К, I, S, G, D (рис. 56).

Трансплантационные антигены кодируются локусами Н-2К и H-2D и называются серологически выявляемыми или SD (Se-rologically Denned). Эти локусы относятсй к классу I. Область I относится к классу II и включает пять субобластей, в которой расположены гены иммунного ответа (Ir-гены) и гены, кодирую­щие la-антигены (англ. Immune associated). la-антигены играют основную роль при взаимодействии В-, Т-лимфоцитов и макро­фагов, а также принимают участие в действии Т-супрессоров. Область G относится к III классу, ее гены контролируют синтез С4 компонента комплемента.

В комплексе Н-2 есть антигены, выявляемые не серологичес­ки, а определяемые в смешанной культуре лимфоцитов (англ. Mixed lymphocyte culture — MLC, Mixed lymphocyte reaction — MLR), которые называют LD (Lymphocyte Defined). Почти все локусы комплекса Н-2 имеют многочисленные аллельные формы.

„..Главный комплекс гистосовместимости открыт у многих видов (табл. 37). У человека он обозначен HLA (Human leycocyte antigen — антиген лейкоцитов человека), у крупного рогатого скота — BoLA (Bovine leycocyte antigen), у свиней — SLA (Susscrofa leycocyte antigen), у овец — OLA (Ovine leycocyte anti­gen), у коз — GLA, у лошадей — ELA (Equine leycocyte antigen), у кур — В (этот локус контролирует и систему групп крови В), у кроликов — Н-1.

37. МНС у домашних животных, в том числе птицы

 

Признак	Крупный рогатый скот	Свиньи	Овцы	Козы	Лоша­ди	Соба­ки	Куры
Название МНС	BoIA	SLA OLA	GLA	EIA	DIA	В
Класс I локусов	А	А,В,С А.В	SD1, SD2	А	А.В.С	B-F, R-G
Класс II локусов	D	D -	LD	MLR	D,E	B-L
Класс III локусов	—	+ —	—	—	—	+
Количество антигенов		- 16	—		—	__
Ir-гены	+	+ —	—	—	+	+
Биохимическая ха-	+	+ _	___	__	__	+
рактеристика мне
антигенов
Сцепление МНС с	+	+ —	—	+	+	+
другими локусами
Ограничение функ-	+	— —	—	—		__
ции Т-клеток
Связь МНС с заболе-	+	. + _	—	+	__	+
ваниями
Связь МНС с при-	—	+ —	—	—	----	+
знаками продуктив-
ности

 

Главный комплекс гистосовместимости круп­ного рогатого скота BoLA контролируется кодоминант-ными аллелями классов I (SD) и II (LD) локусов. В классе I выявлено 17 антигенов (W1 — 10 и т. д.), в классе II — 11 анти­генов. Открыты также la-антигены, а в классе II идентифициро­ваны Ir-гены. Установлено, что BoLA сцеплен с М-системой групп крови, между которыми частота рекомбинации равна 0,04.

В нашей стране впервые исследования МНС BoLA были про­ведены под руководством академика В. П. Шишкова.

МНС свиней SLA состоит из четырех тесно сцепленных локусов (см. рис. 56). Три локуса (А, В, С) контролируют класс трансплантационных 1-антигенов. Продукты этих генов сходны с теми, которые детерминируются субобластями А, В, С у человека и Н-2К и H-2D у мышей. Четвертый локус (D) включает гены, которые кодируют серологически определяемые молекулы класса II и реакцию смешанных лимфоцитов. Гены иммунного ответа (1г) сцеплены с главным комплексом гистосовместимости. В на­стоящее время ряд исследователей картировали главный ком­плекс гистосовместимости на 7-й хромосоме. Предполагают, что

гены класса I находятся на 7-й хромосоме в районе р12 ql2.

Установлены высокодостоверные межпородные различия по антигенам SLA. Так, частота гаплотипа d у свиней породы дюрок равна 0,92, а у ландрасов — 0,11.

Система О L А овец включает три тесно сцепленных локуса: А, В, С. Частота рекомбинаций между локусами А и В составляет 0,6 %. Описано 16 антигенов OLA: OLA-A1, А2, А4, А8, А10, А13; OLA-B3, В6, В7, В9, В12; OLA-C14, С15, С17; антигены 8L и 16L еще не картированы. Всего идентифицирова­но 26 гаплотипов комплекса OLA. Кроме того, имеется два, ми­норных лимфоцитарных антигена, не входящих в OLA. Этб ло­кусы OL-X и OL.

Система ELA лошадей классов I и II контролируется двумя локусами. Не установлено, что антигенные специфичнос­ти ELA W1-W10 и Lex8 наследуются аллогруппами. Выявлены межпородные различия по частоте антигенов. В одном исследо­вании у чистокровных лошадей наблюдали»эксцесс животных с антигенами W5 и Lex8 и недостаток у кобыл с W2 и W3.

Главный комплекс гистосовместимости кур (В) состоит из трех сублокусов BG, BF, BL, расположенных на одной хромосоме. Между локусами BG и BF/BL рекомбинации встречаются очень редко (1/2000), но не наблюдались между BF и BL. Область BF кодирует антигены на эритроцитах, лейкоци­тах и клетках других тканей. Область BL кодирует антигены на макрофагах и В-лимфоцитах, которые у кур являются la-антиге­нами. Ir-гены детерминируют иммунный ответ к различным антигенам, включая, возможно, и некоторые антигены опухолей. Область BG контролирует антигены только на эритроцитах.