Эпитопы антигенов

Линейные и конформационные эпитопы

Молекулы белков (например, миоглобин кашалота) обладают двумя основными типами эпитопов, которые распознаются иммунной системой:

• Линейные (секвенциальные) эпитопы. Представляют собой непрерывную последовательность аминокислот в первичной цепи белка. В молекуле миоглобина к ним относятся участки 15–21, 56–62, 113–119 и 146–151. Их способность связываться с антителами в меньшей степени зависит от общей третичной структуры белка.
• Конформационные эпитопы. Формируются из аминокислотных остатков, которые в первичной линейной последовательности находятся далеко друг от друга, но пространственно сближаются при сворачивании белка в глобулу (третичную структуру). В миоглобине такой эпитоп образован остатками 83, 109, 144 и 145. Распознавание таких участков возможно только при условии сохранения нативной конформации белка. Если белок подвергается денатурации, конформационный эпитоп безвозвратно разрушается.

Роль трехмерной структуры на примере лизоцима

Способность эпитопа выступать мишенью для антител напрямую зависит от его пространственной структуры. Классическим примером служит молекула лизоцима, в которой участок аминокислотной цепи 64–80 является иммунодоминантным пептидом.

В естественном (нативном) состоянии этот фрагмент образует петлю, которая надежно стабилизирована дисульфидной связью (SS-связью). Если этот петлевой пептид аккуратно выделить из целой молекулы, сохранив замкнутую структуру и SS-связь, он полностью сохранит способность взаимодействовать со специфическими антителами.

Однако, если провести химическое восстановление дисульфидной связи, петля развернется, превратившись в обычную линейную цепь. В результате такого нарушения пространственной конфигурации пептид полностью утрачивает способность связываться с антителами. Ключевую роль в этой петлевой детерминанте играет остаток в положении 68.

Пространственная конфигурация и перекрестная реактивность

Для эффективного распознавания антигена важна не только строгая последовательность аминокислот, но и общая пространственная форма молекулы. Это доказывается явлением перекрестной реактивности.

Наблюдается перекрестная реакция между гаптенами (имеющими разную химическую природу) и белковыми эпитопами антиидиотипических антител (это «анти-антитела», которые распознают идиотопы антител, специфичных к данным гаптенам). Механизм заключается в том, что конфигурация активного центра антитела идеально комплементарна как форме исходного иммуногена, так и форме антиидиотопа.

Вывод: Эпитоп и антиидиотоп совершенно не идентичны по своему химическому строению, но их пространственная конфигурация крайне схожа. Именно это сходство форм и обеспечивает перекрестную реакцию.

Методы изучения и прогнозирования конформационных детерминант

Изучать конформационные эпитопы сложно: классические методы, применяемые для гаптенов и линейных детерминант, здесь не работают. Если конформационную детерминанту изолированно извлечь из целой молекулы, она сразу меняет свою структуру и теряет реактивность.

Поэтому для анализа используют подбор целых белков, которые отличаются лишь единичными заменами аминокислот (берут родственные виды, мутантные линии клеток или синтезируют искусственно). Реакцию антиген–антитело затем оценивают с помощью твердофазного иммуноферментного анализа (ИФА), так как этот метод обладает высокой производительностью и легко стандартизируется.

Из-за неполноты фундаментальных знаний сегодня активно применяется биоинформатика. Компьютерные алгоритмы ищут участки-кандидаты по двум главным критериям:

1. Преобладание гидрофильных остатков над гидрофобными (участок должен находиться на поверхности молекулы, контактируя с водной средой).
2. Наличие гибкости (специфические аминокислоты обеспечивают подвижность участка для точной «подгонки» к антителу).

Смоделированные таким образом детерминанты синтезируют и применяют в серодиагностике и при разработке искусственных вакцин.

Физико-химические основы взаимодействия

В основе взаимодействия антиген–антитело лежит строгая пространственная комплементарность. Реакция обеспечивается исключительно нековалентными химическими связями (ни один из этих типов взаимодействий не является уникальным только для иммунных реакций):

• Электростатические связи: ионные (между заряженными группами, такими как карбоксильные и аминогруппы) и полярные (возникающие при формировании диполей).
• Водородные связи: образуются водородные мостики между сближенными гидрофильными группами молекул.
• Гидрофобные взаимодействия: происходят из-за энергетической выгоды при контакте гидрофобных участков молекулы антигена и антитела в водной среде.
• Силы Ван-дер-Ваальса: слабые притяжения, основанные на кратковременном взаимодействии электронных облаков соседних атомов.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Формирование детерминант на моделях разветвленных и линейных синтетических полипептидов.
• Нерешенные проблемы: механизмы ингибирования иммунного ответа одними эпитопами и участие регуляторных клеток.
• Использование твердофазного ИФА для анализа специфичности конформационных детерминант.
• Практическое применение синтезированных биоинформатическими методами детерминант в создании вакцин.

Другие темы раздела «Адаптивный иммунитет»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.