В-лимфоциты. Характеристика субпопуляций. Рецепторы и маркеры. Участие в иммунном ответе

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ТАВРИЧЕСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. В.И. ВЕРНАДСКОГО

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА БИОХИМИИ

Учебная дисциплина: Иммунология

Тема: «В-лимфоциты. Характеристика субпопуляций. Рецепторы и маркеры. Участие в иммунном ответе»

Реферат подготовила:

Студент: Левченко Наталья Николаевна

Курс: IV

Группа: Биохимия

Проверила:

Залевская Ирина Николаевна

Симферополь, 2013



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Общая характеристика B-лимфоцитов

Глава 2. Рецепторы и маркеры В-лимфоцитов

2.1 Антигенраспознающие рецепторы B-клеток: общая характеристика

2.2 Маркеры В-лимфоцитов

Глава 3. Субпопуляции В-лимфоцитов

Список использованной литературы



Введение

Клетки иммунной системы, на которые возложены ключевые функции по осуществлению приобретённого иммунитета, относятся к лимфоцитам, которые являются подтипом лейкоцитов.

Лимфоциты -- это единственные клетки организма, способные специфически распознавать собственные и чужеродные антигены и отвечать активацией на контакт с конкретным антигеном. При весьма сходной морфологии малые лимфоциты делятся на две популяции, имеющие различные функции и продуцирующие разные белки.

Одна из популяций получила название В-лимфоциты, от названия органа «бурса Фабрициуса», где было впервые обнаружено созревание этих клеток у птиц. У человека В-лимфоциты созревают в красном костном мозге.

В-лимфоциты распознают антигены специфическими рецепторами иммуноглобулиновой природы, которые по мере созревания В-лимфоцитов появляются на их мембранах. Взаимодействие антигена с такими рецепторами является сигналом активации В-лимфоцитов и их дифференцировки в плазматические клетки, продуцирующие и секретирующие специфические для данного антигена антитела -- иммуноглобулины.

Главной функцией В-лимфоцитов также является специфическое распознавание антигена, которое ведет к их активации, пролиферации и дифференцировке в плазматические клетки -- продуценты специфических антител -- иммуноглобулинов, т. е. к гуморальному иммунному ответу. Чаще всего В-лимфоциты для развития гуморального иммунного ответа нуждаются в помощи Т-лимфоцитов в виде продукции активирующих цитокинов.



Глава 1. Общая характеристика B-лимфоцитов

Специфическое иммунологическое распознавание патогенных организмов - это всецело функция лимфоцитов, поэтому именно они инициируют реакции приобретенного иммунитета. Все лимфоциты происходят из стволовых клеток костного мозга, но Т-лимфоциты затем развиваются в тимусе, тогда как В-лимфоциты продолжают свое развитие в красном костном мозге (у взрослых особей млекопитающих). Термин B-лимфоциты образован по первой букве английского названия органов, в которых эти клетки формируются: bursa of Fabricius (фабрициева сумка у птиц) и bone marrow (костный мозг у млекопитающих).

Сумка Фабрициуса - один из центральных органов иммуногенеза птиц, располагающийся в области клоаки и контролирующий гуморальный иммунный ответ. Удаление этого органа приводит к отмене синтеза антител. Аналогом фабрициевой сумки у млекопитающих является красный костный мозг.

Главная функция B-лимфоцитов (а вернее плазматических клеток, в которые они дифференцируются) -- это выработка антител. Воздействие антигена стимулирует образование клона B-лимфоцитов, специфического к данному антигену. Затем происходит дифференцировка новообразованных B-лимфоцитов в плазматические клетки, вырабатывающие антитела. Эти процессы проходят в лимфоидных органах, регионарных к месту попадания в организм чужеродного антигена. 

B-лимфоциты составляют около 15-18% всех лимфоцитов, находящихся в периферической крови. После распознавания специфического антигена эти клетки размножаются и дифференцируются, трансформируясь в плазматические клетки. Плазматические клетки вырабатывают большое количество антител (иммуноглобулины Ig), которые являются собственными рецепторами B-лимфоцитов в растворенном виде.

B-лимфоциты продуцируют и секретируют в кровоток молекулы антител, являющиеся измененными формами антигенраспознающих рецепторов этих лимфоцитов. Возникновение антител в крови после появления любого чужеродного белка - антигена - независимо от того, вреден он или безвреден для организма, и представляет собой иммунный ответ. Появление антител не просто защитная реакция организма против инфекционных заболеваний, но явление, имеющее широкое биологическое значение: это общий механизм распознавания "чужого". Например, иммунная реакция распознает как чужой и постарается удалить из организма любой аномальный и, следовательно, потенциально опасный вариант клетки, в которой в результате мутации в хромосомной ДНК образуется мутантная белковая молекула. 

B-лимфоциты (B-клетки) млекопитающих дифференцируются сначала в печени плода, а после рождения - красном костном мозге. В цитоплазме покоящихся B-клеток отсутствуют гранулы, но имеются расеянные рибосомы и канальцы шероховатого эндоплазматического ретикулума. Каждая B-клетка генетически запрограммирована на синтез молекул иммуноглобулина, встроенных в цитоплазматическую мембрану. Иммуноглобулины функционируют как антигенраспознающие рецепторы , специфичные к определенному антигену. На поверхности каждого лимфоцита экспрессируется около ста тысяч молекул рецепторов. Встретив и распознав антиген, соответствующий структуре антигенраспознающего рецептора B-клетки размножаются и дифференцируются в плазматические клетки , которые образуют и выделяют в растворимой форме большие количества таких рецепторных молекул - антител. Антитела представляют собой крупные гликопротеины и содержатся в крови и тканевой жидкости. Благодаря своей идентичности исходным рецепторным молекулам они взаимодействуют с тем антигеном, который первоначально активировал B-клетки, проявляя таким образом строгую специфичность.

После связывания антигена с рецепторами B-клетки клетка активируется. Активация B-клеток состоит из двух фаз: пролиферации и дифференцировки ; все процессы индуцируются контактом с антигеном и T- хелперами . В результате пролиферации увеличивается число клеток, способных реагировать с введенным в организм антигеном. Значение пролиферации велико, поскольку в неиммунизированном организме очень мало B-клеток, специфичных для определенных антигенов. Часть клеток, пролиферирующих под действием антигена, созревает и дифференцируется последовательно в антителообразующие клетки нескольких морфологических типов, в том числе и плазматические клетки . Промежуточные стадии дифференцировки B-клеток отмечены меняющейся экспрессией разнообразных белков клеточной поверхности, необходимых для взаимодействия B-клеток с другими клетками.

Каждый лимфоцит, относящийся к B-лимфоцитам и дифференцирующийся в костном мозге, запрограммирован на образование антител только одной специфичности.

Молекулы антител не синтезируются никакими другими клетками организма, и все их многообразие обусловлено образованием нескольких миллионов клонов B-клеток. Они (молекулы антител) экспрессируются на поверхностной мембране лимфоцита и функционируют как рецепторы . При этом на поверхности каждого лимфоцита экспрессируется около ста тысяч молекул антител. Кроме того, B-лимфоциты секретируют в кровоток продуцированные ими молекулы антител, являющиеся измененными формами поверхностных рецепторов этих лимфоцитов.

Антитела формируются до появления антигена , и антиген сам отбирает для себя антитела. Как только антиген проникает в организм человека, он встречается буквально с войском лимфоцитов, несущих различные антитела, причем у каждого есть свой индивидуальный распознающий участок. Антиген соединяется только с теми рецепторами, которые в точности ему соответствуют. Лимфоциты, связавшие антиген, получают пусковой сигнал и дифференцируются в плазматические клетки , продуцирующие антитела. Поскольку лимфоцит запрограммирован на синтез антител только одной специфичности, антитела, секретируемые плазматической клеткой, будут идентичны своему оригиналу, т.е. поверхностному рецептору лимфоцита и, следовательно, будут хорошо связываться с антигеном. Так антиген сам отбирает антитела, распознающие его с высокой эффективностью.

Весь путь развития В-лимфоцитов от стволовой кроветворной клетки до плазмоцита включает несколько этапов, каждый из которых характеризуется своим клеточным типом.

Всего выделено 7 таких типов:

1) стволовая кроветворная (гемопоэтическая) клетка - общий предшественник для всех ростков дифференцировки лимфомиелопоэза;

2) общий лимфоидный предшественник B-клеток и T-клеток для B- и T-клеточного пути развития - наиболее ранняя лимфоидная клетка, для которой еще не определилось одно из двух направлений развития;

3А) ранняя про-В-клетка - ближайший потомок предыдущего клеточного типа и предшественник последующих, продвинутых в дифференцировке клеточных типов (приставка "про" от англ. progenitor);

3Б) поздняя про-В-клетка ;

4) пре-В-клетка - клеточный тип, окончательно вышедший на В-клеточный путь развития (приставка "пре" от англ. precursor);

5) незрелая В-клетка - завершающая костномозговое развитие клеточная форма, которая активно экспрессирует поверхностный иммуноглобулин и находится в стадии отбора на способность взаимодействовать с собственными антигенами;

6) зрелая В-клетка - клеточный тип периферии, способный взаимодействовать только с чужеродными антигенами;

7) плазматическая клетка (плазмоцит) - эффекторная, антителопродуцирующая клеточная форма, которая образуется из зрелой В-клетки после ее контакта с антигеном.



Глава 2. Рецепторы и маркеры В-лимфоцитов

2.1 Антигенраспознающие рецепторы B-клеток: общая характеристика

Антигенраспознающие рецепторы В-лимфоцитов представляют собой молекулы иммуноглобулинов. Циркулирующие антитела структурно подобны основной части B-клеточных рецепторов , но лишены их трансмембранных и цитоплазматических сегментов. Основными классами мембранно-связанных иммуноглобулинов ( mIg ), находящихся на поверхности зрелых, нестимулированных В-лимфоцитов, являются IgM и IgD . На одной В-клетке могут одновременно присутствовать оба типа молекул, причем они имеют одинаковую специфичность, и, возможно, что эти антигенные рецепторы могут взаимодействовать между собой, осуществляя контроль за активацией лимфоцитов и супрессией лимфоцитов .

Рецептором B-лимфоцитов, узнающим антиген, является IgM. Мембраносвязанный IgM (mIgМ), как правило, представляет собой мономерный иммуноглобулин, т.е. отдельную единицу из четырех полипептидных цепей. Эта молекула имеет гидрофобную последовательность, расположенную на C-концевом участке тяжелой цепи и предназначенную для фиксации молекулы на клеточной мембране. Число молекул рецептора достигает 10 - 100тыс. на клетку.

mIgМ кодируется тем же набором генов, что и сывороточные аналоги. Единственным их структурным отличием является дополнительный фрагмент на С-конце молекулы, играющий роль мембранного якоря.

В онтогенезе первые мембранные формы IgM появляются на заключительном этапе дифференцировки В-клеток в костном мозге . Зрелые В- клетки экспрессируют достаточно большое количество этого белка: 2*105 молекул на одну клетку. Такой рецепторный иммуноглобулин взаимодействует либо с белковым или корпускулярным антигеном ( рис. 3.1 ), либо с антигенными детерминантами на поверхности антигенпрезентирующих клеток ( макрофагов , дендритных клеток и др.).

лимфоцит рецептор маркер иммуноглобулин

Рис 1. Структура В-клеточного рецептора

Антигенраспознающие рецепторы B-клеток были обнаружены достаточно легко, в основном, с помощью антииммуноглобулиновых антител, меченных либо радиоактивными химическими элементами, либо флюоресцеином. При связывании антигена с соответствующим рецептором и под влиянием цитокинов , вырабатываемых моноцитами , макрофагами и Т-лимфоцитами , происходит активация В-лимфоцитов , которые начинают делиться и дифференцироваться в плазматические клетки . Часть активированных В-лимфоцитов превращаются в клетки памяти , которые обеспечивают более быстрый и эффективный иммунный ответ при повторном контакте с антигеном. С основной частью рецептора непосредственно связаны дополнителные компоненты ( Ig-альфа (СВ79a) и Ig-бета (CD79b) ), соединяющие его с путями внутриклеточной передачи сигнала.

Цитоплазматический участок у mIg невелик и не пригоден для взаимодействия с С-белками или тирозинкиназами. Роль CD3 в случае mIgМ, по-видимому, играет ассоциированный с mIgМ гетеродимер, состоящий из двух соединенных дисульфидной связью гликопротеинов с молекулярными массами 32-34кДа (IgM-альфа) и 37-39кДа (IgM-бета, IgM-гамма). Цепи бета и гамма являются продуктами одного гена и получаются в результате альтернативного сплайсинга . Обе цепи являются представителями суперсемейства иммуноглобулинов и содержат во внеклеточной части по одному домену. Цитоплазматические участки этих полипептидов имеют консервативную последовательность, включающую шесть расположенных определенным образом друг относительно друга аминокислот. Такая же последовательность обнаруживается в гамма-, дельта- и дзета-цепях CD3, что предполагает сходные функции CD3 и IgM-альфа-IgM-бета. Цитоплазматические фрагменты содержат потенциальные сайты фосфорилирования.

2.2 Маркеры В-лимфоцитов

На периферии (вне костного мозга) В-лимфоциты приобретают характерные для них поверхностно-клеточные маркёры.

Основные маркёры В-лимфоцитов -- мембранные Ig при этом клетки одного клона (быстро формирующегося в результате серии последовательных делений потомства одной В-клетки ) экспрессируют молекулы Ig, специфически связывающие только один эпитоп Аг. Такие клетки синтезируют моноклональные AT, способные распознавать и связывать только один Аг. Аг-связывающий участок мембранного Ig В-лимфоцита играет роль клеточного Аг-распознающего рецептора. Помимо мембранных Ig, В-лимфоцит несёт другие маркёры; рецепторы Fc-фрагмента Ig, CD10 {на незрелых В-клетках), CD19, CD20, CD21, CD22, CD23 (вероятно, участвуют в клеточной активации), рецепторы к С3b и C3d, молекулы МНС классов I и И.

Мембранный иммуноглобулин -- специфический маркер В-клеток, поскольку он экспрессирован на всех зрелых В-лимфоцитах и отсутствует на

других клетках. Преобладающим классом мембранных иммуноглобулинов на нативных (не контактировавших с антигеном) В-клетках является IgM. Он присутствует на поверхности всех нативных В-лимфоцитов, начиная со стадии незрелых В-клеток . На зрелых нативных В-клетках наряду с IgM присутствует IgD. Число молекул иммуноглобулинов на поверхности наивной В-клетки составляет около 150 000. В процессе иммунного ответа происходит переключение классов иммуноглобулинов на IgG, IgA и IgE. В-клетки крови и вторичных лимфоидных органов несут на своей поверхности преимущественно IgG, а В-клетки слизистых оболочек -- IgA.

В состав BCR помимо иммуноглобулина входит еще несколько молекул. Две из них -- СD79a и СD79b -- составляют интегральную чаcть BCR, еще три - CD19, CD21 и CD81 -- функционально ассоциированы с ним и формируют физическую связь с BCR только при активации клетки. Варианты молекул CD79 -- a и b -- называют еще Igб и Igв. При помощи нековалентных связей они формируют гетеродимеры, связанные с мембранным иммуноглобулином. Эти молекулы имеют сходные размеры и молекулярную массу (около 40 кДа). Участие Igб и Igв в передаче сигнала основано на связи их цитоплазматической части с внутриклеточными тирозинкиназами.

Молекулу CD19 относят к суперсемейству иммуноглобулинов. CD19 играет важную сигнальную функцию, поскольку эта молекула связана с киназой PI3K. CD21 -- рецептор для компонентов комплемента (CR2), участвующий в усилении антигенного сигнала, а также в регуляции активности В-лимфоцитов. СD81 относят к тетраспанинам (4 раза пронизывают мембрану); функция этой молекулы точно не определена.

С цитоплазматическими участками мембранного иммуноглобулина связана тирозинкиназа Fyn, а с молекулами CD79, CD19 и CD81 -- тирозин-киназы Blk, Lyn, Lck, а также Syk, участвующие в передаче активационного

сигнала. Кроме того, около цитоплазматической части молекулы CD19 располагается липидная киназа PI3K. Такое обилие сигнальных ферментов,

связанных с компонентами BCR, обеспечивает запуск и передачу активационных сигналов при связывании антигена.



Глава 3. Субпопуляции В-лимфоцитов

Все В-лимфоциты обладают рядом общих свойств: они продуцируют антитела и иммуноглобулин (Ig), экспрессируют антиген-распознающий Ig-рецептор (B-Cell Receptor -- BCR) и поверхностные маркеры CD 19 и CD45 (В220). Вместе с тем можно выделить несколько субпопуляций В-клеток, различающихся по происхождению, дифференцировке, фенотипу и функциональным свойствам.

Выделяют 3 основные субпопуляции В-клеток (табл.1). Одна из них рассмотрена выше -- В2-клетки (иногда их называют обычными В-клетками), локализующиеся преимущественно в селезенке, костном мозгу, лимфоузлах, пейеровых бляшках и отдельных фолликулах лимфоидной ткани кишечника. Гистологическая единица, являющаяся местом сосредоточения В2-клеток -- лимфоидный фолликул. Эти клетки составляют подавляющеебольшинство циркулирующих В-лимфоцитов и играют основную роль в гуморальном иммунном ответе. Две другие субпопуляции -- В1- и В-клетки маргинальной зоны (MZВ-клетки). Большинство данных о различных субпопуляциях В-лимфоцитов получено на мышах. Сведения о субпопуляцияхВ-клеток человека крайне скудны.

В1-клетки локализуются преимущественно в серозных полостях --

брюшной и плевральной. Небольшое количество В1-лимфоцитов, преимущественно клетки, секретирующие антитела, выявляют в селезенке, где на их долю приходится 1-5% от числа В-клеток. Некоторые В1-клетки мигрируют (через сальник) в слизистую оболочку кишечника и брыжеечные

лимфоузлы (до 50% IgA-продуцентов в лимфоидной ткани кишечника --

В1-клетки). В лимфатических узлах у мыши они отсутствуют. Выделяют2 субпопуляции В1-клеток. Основной дифференциальный признак при этом -- экспрессия мембранной молекулы СD5 (известной как один из маркеров Т-клеток). В1а-клетки одновременно несут на поверхности молекулы IgM и CD5. CD5 отсутствует на всех остальных В-лимфоцитах, в том числе на В1b-клетках, в остальном очень схожих с В1а-клетками. Для В1-клеток характерен ?активированный фенотип?, что проявляется в экспрессии на их поверхности костимулирующих молекул СD80 и СD86. Это свойство обеспечивает способность В1-лимфоцитов выполнять функции АПК.

B1а- и B1b-клетки экспрессируют BCR, содержащий мембранную форму IgM. Известны исключения: описано переключение IgM на IgA в lamina propria кишечника. Перестроенные V-гены мембранного IgM В1а-клеток не содержат N-вставок (т.е. в их перестройке не участвует фермент TdT). Разнообразие V-генов В1-клеток существенно ниже, чем у В2-клеток. Это связано с различиями в условиях развития: В1а-клетки в онтогенезе появляются раньше других субпопуляций -- еще до рождения. Они развиваются в печени плода при участии IL-5 и IL-10 из клеток-предшественников, отличных от таковых у обычных В-клеток. Еще в эмбриональном периоде В1-клетки мигрируют в серозные полости, где они существуют в течение всей жизни организма.

В1-клетки способны к самоподдержанию путем очень медленной пролиферации, восполняющей убыль клеток, погибающих по механизму апоптоза.

В1b-клетки также развиваются в печени эмбрионов, а после рождения -- в костном мозгу из других клеток-предшественников. B1b-лимфоциты расселяются на периферии несколько позже В1а-клеток -- непосредственно перед рождением и сразу после него. При перестройке V-генов в B1b-клетках формируется некоторое количество N-вставок. B1b-клетки также мигрируют в серозные полости и сохраняются там путем самоподдержания.

Обе разновидности В1-клеток могут дифференцироваться в антителообразующие клетки без стимуляции антигеном. При этом они секретируют преимущественно IgM-антитела (в кишечнике -- также IgA). Большинство этих антител специфично к собственным белкам организма (ДНК, гистонам, коллагену, компонентам цитоскелета, антигенам групп крови и т.д.); многие из них полиспецифичны, т.е. способны взаимодействовать с несколькими антигенами, в том числе аутологичными. Эти антитела имеют низкое сродство (аффинность) к антигенам, включая аутоантигены, и не способны вызвать повреждение тканей. Примерно половина сывороточного IgM секретируется В1-клетками. Естественные антитела, продуцируемые В1а-лимфоцитами, часто специфичны к микробным антигенам и опсонизируют патогены, играя важную роль в реакциях врожденного иммунитета.

Эти клетки могут принимать участие в адаптивном иммунном ответе, что в большей степени свойственно В1b-клеткам. Ответ В1-клеток преимущественно тимуснезависимый . В1-клетки постоянно циркулируют между селезенкой и брюшной полостью, но не поступают в фолликулы, поскольку не экспрессируют CXCR5 -- рецептор хемокина BLC (CXCL13). С этим связано то обстоятельство, что процессы ?усовершенствования? гуморального иммунного ответа в виде переключения изотипов и повышения сродства к антигенам, не затрагивают или минимально затрагивают В1-клетки.

Еще одна разновидность В-лимфоцитов --B-клетки маргинальной зоны (MZB). Они локализуются почти исключительно в маргинальной зоне селезенки, отделяющей белую пульпу от красной. Фенотипически эти клетки

более сходны с В2-, чем с В1-клетками. Они происходят от тех же костно-мозговых клеток-предшественников. Основной мембранный иммуноглобулин MZB-клеток --IgM, экспрессируемый сильнее, чем на В2-клетках. В то же время IgD присутствует на мембране в очень малом количестве. Эти клетки сходны по своему фенотипу с активированными В-лимфоцитами. На них присутcтвуют молекулы CD69, CD25, CD38, в малом количестве CD23. Обращает на себя внимание наличие молекулы CD1d, участвующей в презентации липидных антигенов.

Отделение линии MZB-клеток от общей линии В2-клеток происходит на переходной стадии транзиторных клеток (Т3), когда будущие MZB-клетки ослабляют экспрессию не IgM (как В2-клетки), а IgD и утрачивают молекулу CD23. На MZB-лимфоцитах не экспрессируется хемокиновый рецептор CXCR5, позволяющий клеткам мигрировать в фолликулы. Ключевой фактор дифференцировки MZB-клеток -- Notсh-2. Под влиянием сфингозин-1-фосфата и при участии молекул адгезии LFA-1 и VLA-4 они мигрируют в маргинальные зоны селезенки. MZB-клетки не участвуют в рециркуляции, но осуществляют ?челночные? миграции до лимфоидных фолликулов и обратно, получая информацию об антигенах, поступающих в селезенку с кровью. Срок жизни MZB-лимфоцитов сопоставим со сроком жизни организма. Снижение численности MZB-клеток, вызываемое повреждающими факторами, достаточно быстро устраняется.

MZB-клетки участвуют в гуморальном иммунном ответе на возбудители, поступающие в кровоток. Они осуществляют тимуснезависимый иммунный ответ на инкапсулированные патогены. Благодаря сильной экспрессии молекул MHC-II и костимулирующих молекул MZB-клетки обладают выраженной способностью к взаимодействию с Т-хелперами, однако их участие в тимусзависимом иммунном ответе изучено плохо. При ответе на антигены MZB-клетки дифференцируются в короткоживущие антителообразующие клетки. V-гены MZB-клеток редко затрагиваются мутациями, что характерно для развития плазматических клеток вне зародышевых центров. В этих клетках не происходит переключения классов иммуноглобулинов и даже MZB-клетки памяти несут на своей поверхности IgM, а не IgG. IgM+ клетки памяти преобладают в маргинальной зоне селезенки человека.



Список использованной литературы

А. Ройт, Дж. Брюсстофф, Д. Мейл. Иммунология- М.: Мир, 2000

Лебедев К.А. -- Иммунология в клинической практике, 1996

Иммунология(в 3 т.) / Под. ред. У. Пола.- М.:Мир, 1988

Ярилин А.А - Иммунология, 2010

Хаитов P.M., Игнатьева Г.А., Сидорович И.Г., Иммунология: Учебник. -- М.: Медицина, 2000. 432 с: ил. (Учеб. лит. Для студ. медвузов).

Размещено на Allbest.ru