Доменное строение иммуноглобулинов
Молекула иммуноглобулина (на примере IgG) построена по доменному принципу: тяжёлые (H) и лёгкие (L) цепи состоят из нескольких компактных третичных структур — доменов, связанных между собой. Каждая цепь содержит два типа доменов: вариабельные и константные.
- VH — вариабельный домен тяжёлой цепи;
- VL — вариабельный домен лёгкой цепи;
- CH — константные домены тяжёлой цепи (несколько штук в зависимости от изотипа);
- CL — константный домен лёгкой цепи.
Несмотря на название, константные домены могут различаться у разных особей по аллельным вариантам генов. Эти индивидуальные различия в CH формируют аллотип — наследуемый аллельный вариант тяжёлой цепи.
Идиотип, идиотоп и паратоп
Совокупность вариабельных доменов VH и VL одной молекулы антитела образует идиотип. Идиотип складывается из множества идиотопов — отдельных антигенных детерминант самого антитела. По функции идиотопы делятся на две группы:
- Идиотопы, не ассоциированные с антиген-распознающим участком — расположены вне зоны связывания, способны присоединять металлы и обладают ферментативной (энзиматической) активностью;
- Идиотопы, ассоциированные с антиген-распознающим участком — непосредственно контактируют с эпитопом антигена; их совокупность образует паратоп.
Таким образом, паратоп — это активный центр антитела, представленный группой ассоциированных идиотопов. Площадь паратопа превышает площадь эпитопа: такой «люфт» необходим для последующей конформационной подгонки, поскольку организм заранее не знает точную структуру эпитопа.
Гипервариабельные участки и созревание аффинности
Внутри паратопа выделяют три гипервариабельных участка — CDR1, CDR2 и CDR3 (complementarity-determining regions). Именно они комплементарно взаимодействуют с эпитопом антигена. Изменение структуры CDR напрямую меняет специфичность антитела: специфичность к антигену полностью обусловлена строением гипервариабельных участков.
После первичного контакта эпитопа с идиотопами VH и VL:
- изменяется конформация антиген-распознающего участка;
- паратоп становится устойчив к протеолизу;
- в B-лимфоците запускается механизм соматической гипермутации генов вариабельных областей при участии цитокинов (в том числе интерлейкинов).
В результате паратоп подстраивается под эпитоп — происходит созревание аффинности.
Аффинность и авидность
Связывание антитела с антигеном осуществляется множеством нековалентных взаимодействий: водородными связями, гидрофобными, ван-дер-ваальсовыми и электростатическими.
- Аффинность — сила взаимодействия одного паратопа (одного идиотопа) с одним эпитопом; это «частное» понятие.
- Авидность — суммарная сила связывания всей молекулы антитела со всеми доступными эпитопами антигена; это «общее» понятие, особенно значимое для полимерных иммуноглобулинов (IgM, секреторный IgA).
Локализация антител в организме
Антитела встречаются в нескольких функциональных формах:
- в растворённой форме — в плазме крови и других биологических жидкостях;
- в составе циркулирующих иммунных комплексов (ЦИК) — связки антиген–антитело;
- в составе BCR (B-cell receptor) — мембранной формы IgM на поверхности B-лимфоцита;
- на поверхности клеток врождённого иммунитета (макрофаги, нейтрофилы и др.), несущих Fc-рецепторы к иммуноглобулинам.
Биосинтез иммуноглобулинов
Иммуноглобулины — белки, поэтому их синтез идёт на рибосомах шероховатого ЭПС плазматической клетки. Скорость трансляции высокая:
- лёгкая цепь синтезируется за 30–45 секунд;
- тяжёлая цепь — около 90 секунд.
Линейные полипептидные цепи в просвете ЭПС подвергаются фолдингу под действием шаперонов и формируют мультидоменные структуры. Между цепями образуются дисульфидные связи, катализируемые ферментом протеиндисульфидизомеразой. Далее происходят посттрансляционные модификации, прежде всего N-гликозилирование.
Готовые молекулы упаковываются в транспортные везикулы. Для IgM и секреторного IgA в везикуле происходит присоединение J-цепи (joining chain), необходимой для полимеризации мономеров. После этого иммуноглобулины секретируются мерокриновым путём. Полный цикл от трансляции до секреции занимает около 30 минут; одна плазматическая клетка за раунд выделяет порядка 200 молекул иммуноглобулинов.
Ключевые моменты
- Иммуноглобулины имеют доменное строение: VH, VL, CH, CL.
- Аллотип определяется аллельными вариантами константных доменов тяжёлой цепи.
- Идиотип = VH + VL; состоит из идиотопов, часть которых формирует паратоп.
- Специфичность антитела определяется гипервариабельными участками CDR1, CDR2, CDR3.
- Соматическая гипермутация при участии цитокинов обеспечивает подстройку паратопа к эпитопу.
- Аффинность — сила связи одного паратопа с одним эпитопом; авидность — суммарная сила всех взаимодействий.
- Антитела присутствуют в виде растворимых молекул, ЦИК, BCR и на Fc-рецепторах эффекторных клеток.
- Биосинтез на шероховатом ЭПС занимает ~30 минут; J-цепь присоединяется к IgM и IgA в везикулах.