Т-клетки — марионетки, или как перепрограммировать Т-лимфоциты, чтобы вылечить рак. Активированные лимфоциты в анализе крови человека - что это значит? Для чего нужны лимфоциты в организме

Уникальным свойством антигена, проникшего в организм, яв­ляется его способность специфически связываться с лимфоцитами и активировать их.

Согласно клонально-селекционной теории, выдвинутой в 1959 г. Бернетом, при нормальном развитии в организме возникает набор из тысяч очень небольших по объему субпопуляций лимфоцитов, имеющих на наружной мембране рецепторы лишь к одной какой-то детерминанте. Иммунный ответ оказывается специфическим в силу того, что проникший в организм антиген избирательно свя­зывается только с теми клетками, на поверхности которых имеют­ся соответствующие рецепторы. С остальными клетками этот ан­тиген не взаимодействует.

Связывание антигена индуцирует активацию лимфоцита, то есть запускает ряд процессов, приводящих к клеточному деле­нию и дифференцировке. В процессе дифференцировки лим­фоцитов происходит развитие таких эффекторных функций,

как антителообразование у В-клеток и появление цитотокси-ческой активности у части Т-клеток.

Под активацией лимфоцитов понимается достаточно слож­ный процесс перехода клетки из фазы G0 в фазу G1, вызванный взаимодействием со стимулирующим агентом (например, антиге­ном или митогеном). Термин «покоящийся лимфоцит» относится к лимфоцитам, которые находятся в фазе G0 (в этой фазе клеточ­ного цикла клетки не делятся), характеризующейся низким уров­нем метаболической активности, т. е. низкой скоростью синтеза белков и РНК при отсутствии синтеза ДНК. Реагирующие с анти­геном клетки согласно клонально-селекционной теории Бернета обычно находятся в покоящемся состоянии до получения стиму­лирующего сигнала.

При взаимодействии с антигеном в ранее «покоившихся лим­фоцитах» наряду с метаболическими изменениями, характерными для делящихся клеток, происходят процессы созревания, различ­ные в разных субпопуляциях лимфоцитов. В итоге каждая субпо­пуляция приобретает набор присущих только ей поверхностных антигенов и специфических функций.

Последовательность процессов активации лимфоцитов в об­щем виде может быть представлена следующим образом. Рецепто­ры на поверхности лимфоцита связывают стимулирующий лиганд (например, антиген) и сшиваются друг с другом, образуя неболь­шие локальные кластеры сшитых рецепторов, которые становятся наиболее эффективными в передаче активирующего сигнала.

Локальные кластеры повышают проницаемость мембраны лим­фоцита для одновалентных катионов, поступающих внутрь клет­ки, что приводит к деполяризации мембраны и локальному увели­чению концентрации Na + -, K + -АТФазы. Вследствие сшивки ре­цепторов лимфоцита активируется мембранная метилтрансфе-раза, которая катализирует образование достаточного количества монометилфосфатидилэтаноламина, повышающего текучесть мем­браны и вызывающего ее локальную перестройку. В результате этого открываются каналы, через которые ионы Са 2+ проникают (диффундируют) в лимфоцит. Вследствие такого локального уве­личения концентрации Са 2+ с внутренней стороны мембраны ак­тивируется фосфолипаза А2, катализирующая образование лизо-лецитина и арахидоновой кислоты из фосфатидилхолина. Эти ре­акции происходят в течение первых 30 мин после контакта лим­фоцита с антигеном.

Одновременно ионы Са 2+ активируют и другой цитоплазматичес-кий фермент, расщепляющий фосфатидилинозитол (по крайней мере в Т-клетках). Высвобождающаяся арахидоновая кислота при участии липоксигеназы и циклоксигеназы расщепляется с образова­нием лейкотриенов и простагландинов (одни продукты каскада ара­хидоновой кислоты регулируют синтез РНК и ДНК, другие - влия­ют на поглощение ионов Са 2+ или активность аденилатциклазы).

Лизолецитин с помощью ионов Са 2+ активирует гуанилат-циклазу, а активность аденилатциклазы уменьшается вследствие ее соседства с Ш + -К + -АТФазой, конкурирующей с ней за АТФ. Все это приводит к временному увеличению концентрации цГМФ, активирующего протеинкиназы, трансферазы жирных кислот и ферменты, увеличивающие синтез мембранных фосфолипидов. Из других протеинкиназ важное значение имеет активация проте-инкиназ, способствующих биосинтезу матричной РНК, полиами­нов и переносу метальных групп.

Поскольку транспорт глюкозы в клетку является Са-зависи-мым процессом, то поток ионов Са 2+ играет важную роль в уве­личении скорости ее транспорта, т. е. поставки исходного ма­териала для обеспечения множества энергозависимых синте­тических процессов. Повышенный транспорт аминокислот и нуклеотидов в клетку вызывает повышенное образование липо-сом, увеличение синтеза рибосомной и матричной РНК и синте­за белка в целом.

Поток ионов Са 2+ активирует сериновую эстеразу, вызываю­щую повышение клеточной подвижности благодаря изменениям в системе циклических нуклеотидов. Кроме того, сериновая эстера-за опосредованно активирует ядерную аденилатциклазу. Увеличе­ние в ядре концентрации цАМФ вызывает активацию киназ, спе­цифически фосфорилирующих кислые негистоновые белки, регу­лирующие транскрипцию и синтез ДНК. Это приводит к синтезу РНК и ДНК, начинающегося на 3-й сутки и достигающего макси­мума на 4...6-е сутки.

Среди факторов, влияющих на активацию лимфоцитов, следу­ет отметить следующие:

антигены, к которым имеются специфические рецепторы на лимфоцитах; популяцию таких лимфоцитов называют антиген-связывающими клетками;

антитела к иммуноглобулинам; сшивка поверхностных имму­ноглобулинов В-клеток с бивалентными антителами к этим имму­ноглобулинам;

интерлейкины IL-1, IL-2;

инсулин; он опосредованно, через активацию аденилатцикла­зы, активирует лимфоциты.

Ингибирующее влияние на лимфоциты оказывают следую­щие факторы:

липиды; наибольшей ингибирующей способностью из липо-протеидов обладают липопротеиды очень низкой плотности (ЛОНП), обусловливающие разобщение между потоком ионов Са 2+ в клетку и концентрацией образующихся при этом цикличес­ких нуклеотидов;

фрагменты компонентов системы комплемента СЗе, СЗс и C3d; они ингибируют пролиферацию Т-клеток и синтез антител в ответ на стимуляцию с помощью антигена.

Несмотря на то что механизмы активации лимфоцитов раз­личных популяций характеризуются определенной общностью, следует отметить и те особенности, которые наблюдаются при активации Т- и В-лимфоцитов, имеющих различные поверхност­ные маркеры, с помощью которых эти клетки взаимодействуют с внешними факторами.

Активация В-лимфоцитов. В-лимфоциты реагируют на три раз­личных типа антигенов:

2. Тимуснезависимый антиген типа 2 (например, не­которые линейные антигены, имеющие часто повторяющуюся, определенным образом организованную детерминанту, - полиме­ры D-аминокислот, поливонил-пирролидон, полисахарид пнев­мококков).

Эти антигены, длительно персистируя на поверхности спе­циализированных макрофагов краевого лимфатического узла и селезенки, специфически связываются с иммуноглобулиновыми рецепторами В-клеток. Таким образом, оба тимуснезависимых ан­тигена способны непосредственно, т. е. без участия Т-клеток, сти­мулировать В-лимфоциты и вызывать преимущественно синтез IgM. Индуцируемый ими иммунный ответ практически не сопро­вождается формированием клеток памяти.

3. Тимусзависимый антиген. Многие антигены
относятся к группе тимусзависимых. В отсутствие Т-лимфоцитов
эти антигены лишены иммуногенности - связавшись с В-клеточ-
ным рецептором, они, подобно гаптенам, не способны активиро­
вать В-клетку. Одна антигенная детерминанта тимусзависимого
антигена связывается с В-клеткой, а остальные - с Т-хелпером,
активируя его. Т-хелперы должны распознавать детерминанты но­
сителя на поверхности реагирующей В-клетки.

Антиген, связавшийся с поверхностными /gA-клетками, попа­дает в эндосомы вместе с молекулами МНС класса II, а затем возвращается на поверхность А-клетки в процессированной фор­ме. Он ассоциирован с молекулами МНС класса II и доступен для распознавания специфическими Т-хелперами. Носитель процессируется в В-клетках, запрограммированных на синтез антител к гаптену. После стимуляции Т-хелперами, распознаю­щими процессированный носитель, В-клеткам удается выпол­нить свою программу, т. е. начать производить антитела, реаги­рующие с гаптеном.

Механизм активации клеток. Связывание поверхностных рецеп­торов (IgM) В-клеток с антигеном или антителами к этим рецеп­торам вызывает совокупность последовательных реакций, анало­гичных реакциям при активации Т-клеток (поступление в В-лим-фоцит ионов Са 2+ и активация протеинкиназ) - это один меха­низм. Другой, имеющий важное значение для Т-зависимых ан-

Тигенов, - это увеличение экспрессии поверхностных молекул МНС класса II уже на самых ранних этапах активации В-клеток. С моле­кулами МНС класса II и процессированным антигеном связывается Т-хелпер, который продуцирует факторы (например, BSF-1 - от англ. B-cell stimulatory factor), обусловливающие переход В-кле­ток в фазу G-1 клеточного цикла. Как и активированная Т-клетка, стимулированный В-лимфоцит приобретает многочисленные по­верхностные рецепторы для ростовых факторов, выделяемых Т-хел-перами, в этом состоянии он готов к пролиферации - основному процессу в следующей фазе иммунного ответа.

Первыми начинают делиться Т-хелперы, на поверхности ко­торых экспрессируются высокоаффинные рецепторы к IL-2. Эти клетки пролиферируют в ответ либо на собственный IL-2, либо на IL-2, продуцируемый субпопуляцией Т-хелперов. Проли­ферацию В-клеточного клона обеспечивают Т-клеточные раство­римые факторы, в частности BSF-1 (фактор роста В-клеток, име­нуемый чаще интерлейкином-4), выделяемые активированными Т-клетками. Под влиянием других факторов (например, BCDF - от англ. B-cell differentiation factor) происходит созревание клона В-лимфобластов и ускорение их преобразования в плазматичес­кие клетки с высоким уровнем секреции IgM. Другой дифферен-цировочный фактор BCDF (также синтезируется активирован­ными Т-хелперами) переключает синтез с IgM на IgG и индуциру­ет те изменения, которые необходимы для обеспечения высокой скорости синтеза антител.

Активация Т-лимфоцитов. Для активации необходимо два сиг­нала. Роль первого сигнала может выполнять антиген (или мито-ген), связанный с молекулой МНС класса II на поверхности анти-генпрезентирующей клетки. Тройное взаимодействие между ан­тигеном, гликопротеином МНС и рецептором Т-лимфоцита гене­рирует сигнал, передаваемый через комплекс рецептора с моле­кулой CD-3 (это мембраносвязанный белковый комплекс, пред­ставляющий собой антигенспецифический Т-клеточный ре­цептор периферических Т-лимфоцитов), и одновременно обес­печивает воздействие на клетку высокой локальной концентра­ции IL-1 (второй сигнал), продуцируемого антигенпрезентирую-щей клеткой.

Активированные Т-клетки секретируют:

IL-2, стимулирующий деление клеток, имеющих рецептор к IL-2;

лимфокин BSF-1, активирующий В-клетки;

лимфокин BSF -2, стимулирующий клональную экспансию ак­тивированных В-лимфоцитов;

лимфокин BCDF -фактор дифференцировки В-клеток, спо­собствующий созреванию клеток с высокой скоростью секре­ции IgM;

лимфокин BCDF-фактор, вызывающий переключение с син­теза IgM на IgG и высокую скорость секреции последнего.

Оглавление темы "СD8 лимфоциты. Антиген (Аг) представляющие клетки. Классификация антигенов (Аг).":

Рецептор Т-клеток . Т-клетки распознают Аг с помощью двух типов мембранных гликопротеинов - Т-клеточных рецепторов и CD3. Т-клеточный рецептор - гетеродимер, содержащий а- и р-цепи (примерно 98% всех Т-клеток) или 5-цепи (около 1,5-2% клеток) с молекулярной массой 40-50 кД. Т-клеточный рецептор входит в суперсемейство Ig-подобных молекул клеточной поверхности, участвующих в реакциях распознавания. Механизмы трансмембранной передачи с рецептора Т-клетки остаются неизвестными; предположительно они обусловлены CD3, нековалентно связанными с рецепторами Т-лимфоцитов.

Активация Т-клеток

Для активации Т-клеток необходимо два сигнала от макрофагов. Первый сигнал - представление Аг, второй- секреция активирующего фактора (ИЛ-1). Последний стимулирует синтез Т-лимфоцитами ИЛ-2, активирующего эти клетки (аутокринная регуляция). Одновременно на мембранах Т-клеток повышается экспрессия рецепторов к ИЛ-2 (CD25).

Субпопуляции Т-лимфоцитов

На основании поверхностных маркёров различают несколько субпопуляций Т-лимфоцитов , выполняющих различные функции. Для дифференцировки Т-клеток применяют набор моноклональных AT, выявляющих поверхностные маркерные CD-Aг [от англ. cluster of differentiation, кластер дифференцировки]. Все зрелые Т-клетки экспрессируют поверхностный CD3-Aг; помимо него субпопуляции Т-лимфоцитов также экспрессируют и другие CD-Aг.

СD4 + лимфоциты

Мембранные молекулы CD4 несут различные популяции клеток, условно разделяемые на регуляторные (хелперы) и эффекторные (Т гзт).

Т-хелперы [от англ. to help, помогать] специфически распознают Аг и взаимодействуют с макрофагами и В-клетками в ходе индукции гуморального иммунного ответа. Отношение CD4 + /CD8 + -клеток - важный параметр оценки иммунного статуса; в нормальных условиях отношение CD4 + /CD8 + приблизительно равно двум и отражает доминирующее влияние на иммунный ответ стимулирующих факторов. При некоторых иммунодефицитных состояниях отношение обратное (менее I, то есть СD8 + -клетки доминируют), указывая на преимущественное влияние иммуносупрессорных эффектов; лежит в основе патогенеза многих иммунодефицитов (например, СПИДа).

Аг распознающие Т-лимфоциты «узнают» чужеродный эпитоп вирусного или опухолевого Аг в комплексе с молекулой МНС на плазматической мембране клетки-мишени. Т гзт [Т-эффекторы реакций гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ)] опосредуют реакции ГЗТ.

2981 0

Активация Т- и В-клеток, которые экспрессируют подходящие рецепторы, завершается пролиферацией - увеличением численности (экспансией) лимфоцитарного клона - и дальнейшей дифференцировкой в эффекторные клетки; небольшое количество размножившихся клеток станет клетками памяти. Однако эффекторные функции Т- и В-клеток совершенно различны.

Активация и дифференцировка Т-клеток приводят к синтезу и выделению ряда цитокинов, воздействующих на множество различных типов клеток, или, наоборот, к развитию эффекторных клеток, которые об ладают прямым цитотоксическим действием на клетки хозяина. Напротив, активация и дифференцировка В-клеток приводят к образованию антител. В этой главе более детально описано, как активируются и исполняют свои эффекторные функции Т- и В-клетки.

Активация СD4+-Т-клеток

СD4+-Т-клет-ки, которые играют ключевую роль при ответах почти на все белковые антигены, активируются экзогенными антигенами. Вначале рассмотрим, как эти экзогенные антигены захватываются в организме антигенпрезентирующими клетками (АПК) и как впоследствии АПК взаимодействуют с CD4+-T-клетками.

Специализированные клетки, представляющие антиген Т-клеткам

Антиген может попасть в организм разными путями. В этих участках вторжения антигена находятся специализированные, или профессиональные, АПК - особенно в дыхательных путях, ЖКТ и коже, а также в лимфоидных органах и других тканях по всему телу. Наиболее важными из них являются клетки, производные миелоидного ростка костного мозга, - дендритные клетки и макрофаги. Функциями АПК являются захват антигена, его процессинг и презентация Т-клеткам, а также обеспечение костимуляторными сигналами, которые активируют наивные Т-клетки.

Дендритные клетки - это гетерогенное семейство клеток, которые можно обнаружить во многих тканях, включая тимус. Эти клетки необходимы для инициации ответа первичных, или наивных, Т-клеток, т.е. при первой активации Т-клеток чужеродным антигеном. Для эффективного функционирования дендритных клеток в качестве АПК необходимы многие свойства: они коститутивно экспрессируют высокие уровни МНС II класса (а также и I класса).

Кроме этого дендритные клетки очень подвижны, быстро перемещаются из мест, где вошли в контакт с антигеном, в лимфатические узлы , в которых смогут взаимодействовать с Т-клетками. Более того, захват и процессинг дендритными клетками антигенов, в частности микробных возбудителей, индуцируют костимуляторные сигналы, которые необходимы для активации наивных Т-клеток. Далее эти свойства описаны более детально.

Рис. 10.1. Созревание дендритной клетки после взаимодействия с бактерией в ткани

На рис. 10.1 показано, что взаимодействие антигена с дендритной клеткой в ткани определяет ее созревание, приводящее в конечном счете к тому, что несущая антиген клетка выходит из ткани в лимфатический узел, дренирующий этот участок. Антиген, показанный на рисунке, - грамотрицательная бактерия, захватывается незрелой дендритной клеткой в ткани. Бактерия взаимодействует с Toll-подобным рецептором (TLR) , который экспрессирует дендритная клетка.

Семейство TLR является паттернраспознающими молекулами, экспрессирующимися на клетках врожденной иммунной системы. Они взаимодействуют с инфекционным микроорганизмом или его компонентами: отдельными бактериальными продуктами, такими как ДНК, липопротеин и липополисахарид. Некоторые TLR взаимодействуют с различными бактериальными компонентами, тогда как другие, как предполагается, - с вирусными продуктами. Клеточная стенка грамотрицательной бактерии содержит липополисахарид и взаимодействует с TLR-4, экспрессирующимся на дендритной клетке. Это взаимодействие, связанное с захватом бактерии в клетку, активирует феномен.

Белковые компоненты бактерии процессируются до пептидов в вакуолях с кислым содержимым по пути МНС II класса. На клеточной поверхности появляется большое количество костимулирующих молекул семейства В7 (CD80/CD86), концентрация молекул МНС II класса также возрастает. Дендритная клетка тоже синтезирует высокие концентрации хемокинов и провоспалительных цитокинов, которые являются растворимыми факторами, увеличивающими или вызывающими воспалительный ответ в тканях. К этим цитокинам относят фактор некроза опухоли (TNF) а и IL-12.

Таким образом, дендритная клетка, содержащая поцессированные пептиды, покидает ткань, в которой встретилась с антигеном, и мигрирует по лимфатическим сосудам в лимфатический узел, дренирующий эту ткань. (Миграция из ткани ассоциирована с повышением экспрессии дендритными клетками хемокинового рецептора CCR7.) В Т-клеточной области лимфатического узла уже зрелая дендритная клетка, экспрессирующая высокие уровни МНС II класса и костимулирующих молекул, презентирует пептиды наивной CD4+-T-клеткe, экспрессирующей Т-клеточный рецептор, специфичный для особой комбинации МНС и пептида.

Заметим, что при отсутствии сигнала, индуцированного антигеном, незрелые дендритные клетки экспрессируют низкие концентрации костимулирующих молекул. Таким образом, антигены, не индуцирующие высокие уровни костимулирующих функций, не активируют наивные Т-клетки. Вот почему встреча дендритной клетки с собственными молекулами в нормальной ткани не приводит к активации этой клетки или Т-клеток - поскольку не индуцируется костимулирующая функция

Сходным образом для Т-клеточного и антительного ответов на многие «безвредные» антигены (например, белок куриного яйца, введенный мыши) необходимо присутствие адъюванта - такого как полный адъювант Фрейнда - который включает бактерии или бактериальные компоненты. Бактериальные компоненты адъюванта используются для активации АПК, в особенности для экспрессии костимулирующих молекул. В отсутствие этого добавочного сигнала даже чужеродный антиген может вызвать низкий ответ или вообще его не вызвать.

Миграция АПК, несущих антиген в дренирующий узел, сочетается со способностью наивных Т-клеток рециркулировать по лимфатическим сосудам в лимфатические узлы. Это увеличивает вероятность того, что единичный Т-лимфоцит, экспрессирующий подходящий TCR (по приблизительной оценке это примерно один из общей популяции, составляющей 105-106 клеток), взаимодействует с АПК, несущей антиген. В самом деле, исследования свидетельствуют, что это взаимодействие происходит в организме в течение нескольких часов после введения антигена.

Взаимодействие несущих антиген АПК и Т-клеток - особенно активированных и Т-клеток памяти - может происходить в любой ткани, зараженной или поврежденной антигеном. Каскад событий, развивающихся после того, как АПК в соединении с пептидом взаимодействует с СD4+-Т-клеткой, описывается далее.

Парные взаимодействия на поверхности АПК и CD4+-T-клетки

Пептид/МНС и TCR

Взаимодействие комплекса пептид-молекула МНС II класса, экспрессированного на АПК, и вариабельных областей Vα + Vβ TCR на Т-клетке называют первым сигналом Т-клеточной активации. Это взаимодействие необходимо, но в основном недостаточно для Т-клеточной активации, особенно для активации наивных СD4+-Т-клеток, вследствие низкой склонности к взаимодействию между TCR и комплексом пептид-МНС.

Главный комплекс гистосовместимости II класса и CD4

Взаимодействие неполиморфного участка молекулы МНС II класса (т.е. вне связывающей пептид полости) с дополнительным рецептором CD4 значительно повышает способность Т-клетки отвечать на антиген. Показано, что взаимодействие CD4-МНС II класса делает клетку в 100 раз более чувствительной к антигену, чем при его отсутствии. Рецептор CD4 играет важную роль в трансдукции Т-клеточного сигнала.

Рис. 10.2. Ключевые взаимодействия клеточных поверхностей, ведущие к активации Т-клеток и секреции цитокинов. Штриховкой указана экспрессия, повышающаяся при активации

Предполагается, что после того как комплекс пептид-МНС свяжется с TCR, CD4 приближается к TCR, и цитоплазматический хвост CD4, связанный с ферментом, участвует в Т-клеточной активации; «группирование» CD4 с TCR добавляет этот фермент в комплекс, формирующийся для передачи сигнала.

Костимулирующие пары: В7 с CD28 или CD152, CD40 с CD154

Костимулятор, или второй сигнал, усиливает и поддерживает сигналы, образовавшиеся при взаимодействии МНС - пептид - TCR. Костимуляторы необходимы для активации наивных (непримированных) Т-клеток, но менее важны для активации ранее примированных Т-клеток.

Наиболее изучены костимуляторные взаимодействия между семейством молекул, названным В7, которые экспрессируются на профессиональных АПК (таких как дендритные клетки, макрофаги и активированные В-лимфоциты), и CD28, конститутивно экспрессируемыми на Т-клетках. Больше всего известно о молекулах CD80 и CD86 семейства В7 (В7.1 и В7.2 соответственно); обе связываются с CD28. В настоящее время не ясно, обладают ли CD80 и CD86 разными функциями. Они также взаимодействуют с другой молекулой на Т-клеточной поверхности - CD152 (называемой CTLA-4), которая индуцируется при Т-клеточной активации. Молекула CD152 относится к тому же семейству молекул, что и CD28, но играет в активации Т-клеток другую роль. Костимуляторные функции других молекул семейств В7 и CD28 в настоящее время уточняются.

Взаимодействие комплекса пептид-МНС с TCR также усиливает экспрессию CD154 (лиганд CD40-CD40L) на Т-клетке. Молекула CD154 взаимодействует с CD40, постоянно экспрессируемой АПК, такими как дендритные клетки и макрофаги, а также В-клетками. Взаимодействие CD40-CD154 вызывает повышение экспрессии В7 на поверхности АПК и таким образом усиливает взаимодействие В7-CD28 между АПК и Т-клеткой. Взаимодействие CD154 на активированной Т-клетке с CD40, экспрессируемой на В-клетке, играет ключевую роль во взаимодействии Т- и В-клеток.

Молекулы адгезии: CD54 с CD11a/CD18, CD58 с CD2

Две пары адгезивных взаимодействий усиливают и стабилизируют взаимодействие АПК и Т-клетки на несколько часов, которые клеткам необходимо провести в контакте для активации Т-лимфоцита. Первое взаимодействие осуществляется между CD54 (молекула межклеточной адгезии 1; intercellular adhesion molecule 1 - ICAM-1), экспрессируемой на АПК, и интегрином CD11a/CD18 (антиген, связанный с функционированием лейкоцитов 1; leukocyte function-associated antigen 1 - LFA-1), экспрессируемым на Т-клетке.

Второе взаимодействие осуществляется между CD58 (LFA-3), экспрессируемыми на АПК, и CD2, экспрессируемыми на Т-клетке. Кроме того, предполагается, что эти адгезивные взаимодействия замедляют отделение АПК от Т-клеток при первом взаимодействии; это обеспечивает необходимое время для сканирования TCR поверхности АПК в поисках подходящего комплекса МНС II класса - пептид.

Иммунологический синапс

По нынешним представлениям при взаимодействии АПК и пептида с СD4+-Т-клеткой формируется область межклеточного контакта, называемая иммунологическим синапсом. Кроме комплекса МНС-пептид и TCR, синапс формируют пары адгезионных молекул, описанные ранее, и молекулы В7-CD28 на поверхности Т-клетки и АПК. (Входит ли взаимодействие CD40 - CD154 в синапс, еще не решено.) Кроме того, со стороны Т-клетки синапс формируют сигнальные молекулы, рекрутируемые изнутри Т-клетки, и белки цитоскелета. Похоже, что синапс необходим для поддержания обмена сигналами между клетками, который продолжается, пока АПК и T-клетка не разойдутся после контакта длительностью около 8 ч.

Синапс динамично формируется и развивается; его состав и структура меняются с течением времени после первого контакта. Например, парные молекулы адгезии CD54 (ICAM-1) и CD11а/ CD18 (LFA-1) находятся в различных зонах синапса и появляются в разное время от момента первого контакта между клетками. Кроме того, другие молекулы включаются или исключаются из синапса спустя разное время от момента первого контакта.

Данные нескольких экспериментов свидетельствуют, что после активации Т-клетки реорганизуют свою структуру, как внутренний цитоскелет, так и клеточную мембрану. В мембране Т-клеток структура липидов негомогенна; они формируют так называемые микродомены, или липидные «плоты», обогащенные холестерином и гликосфинголипидами. При активации Т-клеток эти липидные «плоты», которые до этого были распределены по мембране, подтягиваются к синапсу и приносят с собой компоненты межклеточных сигналов. Это перемещение также выталкивает из зоны контакта молекулы, не вовлеченные во взаимодействие АПК с Т-клеткой.

Межклеточные события при активации СD4+-Т-клетки

Множество недавних исследований было посвящено идентификации последовательности активационных событий внутри СD4+-Т-клетки после первоначального контакта с АПК, экспрессирующей пептид, связанный с молекулой МНС II класса. Тем не менее все стадии этого сложного и взаимосвязанного процесса полностью не понятны, хотя определенно известно, что активационный каскад распространяется в определенном порядке от поверхности клетки через цитоплазму в ядро. Также известно, что некоторые события происходят за секунды, другие - через минуты, а некоторые - спустя часы после начала взаимодействия. Основные события при активации Т-клеток описаны на рис. 10.3.

Стартовый сигнал

Связывание комплекса МНС-пептид с внеклеточными вариабельными областями (Vα+Vβ) TCR приводит к передаче сигнала через плотно связанные молекулы CD3 и ξ внутрь Т-клетки. Природа передачи через мембрану в настоящее время еще не известна: возможно, она связана с агрегацией нескольких молекул TCR в мембране клетки (подобно первым шагам активации через В-клеточный рецептор, как будет описано далее) или с конформационными изменениями трансмембранной области цепей TCR.

Рис. 10.3. Внутриклеточные события при активации Т-лимфоцита. Для простоты показаны только по одной цепи CD3, ξ и один фосфорилированный ITAM. Оранжевые полукруги обозначают фосфатные группы, добавленные к активированной молекуле

Фосфорилирование киназ, сборка и активация сигнального комплекса на клеточной мембране

После связывания лиганда с TCR одним из первых событий, определяемых в Т-клетке через несколько секунд, является активация тирозиновых киназ - ферментов, которые активируют белки путем присоединения фосфатных групп к остаткам тирозина. Тирозинкиназы связаны с цитоплазматическими участками комплекса TCR и молекул CD4. (Предполагают, что мембранный белок CD45 - тирозиновая фосфатаза, активирует эти киназы, удаляя ингибирующие фосфатные группы). Тирозинкиназа, связанная с CD3 и называется Fyn, а тирозинкиназа, связанная с CD4, - Lck. Обе принадлежат к семейству тирозиновых киназ, известных Src (произносится как «сарк»).

Когда Fyn и Lck активированы, они группируются с областями CD3 и ξ-цепями, которые содержат описанные ранее иммунорецепторные тирозинсодержащие активационные мотивы (последовательности) (ITAM), и активируют их. Эта группировка (кластер) также подтягивает CD4, находящийся в тесной ассоциации с комплексом TCR, как описано ранее. Фосфорилированные последовательности ITAM в CD3 и ξ служат местом прикрепления еще одной тирозиновой киназы ZAP-70 (она принадлежит ко второму семейству тирозиновых киназ - Syk). Эту стадию считают ключевой для активации Т-клеток, поскольку у некоторых пациентов, у которых нет ZAP-70, Т-клетки не отвечают на антиген. Так как CD3 и ξ содержат множество ITAM-последовательностей, к этому комплексу сигнальных белков присоединяется более одной молекулы ZAP-70.

Тирозинкиназа, связанная с CD4, активирует ZAP-70, когда она уже присоединена к мультимолекулярному комплексу сигнальных белков. Активированная ZAP-70 фосфорилирует множество белков внутри клетки. Среди наиболее значимых субстратов активации ZAP-70 можно назвать адаптерные молекулы. Эти белки не обладают ферментативной активностью, но содержат множество участков для связывания с другими белками. Два типа этих важных адаптерных молекул, фосфорилированных после Т-клеточной активации, - LAT и SLP-76 - показаны на рис. 10.3.

Фосфорилированные адаптеры привлекаются к клеточной мембране, увеличивая тем самым комплекс молекул для транедукции сигнала, формирующийся в иммунологическом синапсе. Таким образом, на цитоплазматической стороне Т-клеточной мембраны собирается и активируется мультимолекулярный белковый комплекс, состоящий из молекул, последовательно передающих сигнал.

Активация внутриклеточных сигнальных механизмов

Активированные адаптерные молекулы, привлеченные в иммунологический синапс, связывают ферменты и другие адаптеры, активирующие некоторые важные внутриклеточные сигнальные пути. Адаптерные молекулы связывают фосфолипазу С-γ (PLC-γ), которая после фосфорилирования ZAP-70 катализирует разрушение мембранного фосфолипида фосфотидилинозитола дифос-фата (Р1Р2).

Он разделяется на два компонента: диацилглицерол (ДАГ), который активирует ассоциированный с мембраной фермент протеин-киназу С (РКС), активирующую киназный каскад, который приводит в конечном счете к активации в цитоплазме фактора транскрипции NF-kB, и инозитолтрифосфат (IР3), увеличивающий внутриклеточную концентрацию свободного кальция, который в свою очередь активирует цитоплазматическую молекулу кальциневрина, приводя к активации фактора транскрипции NF-AT. Этот механизм является клинически значимым, поскольку иммуносупрессант циклоспорин А, используемый для предотвращения отторжения трансплантата между генетически различающимися организмами, связывается с кальциневрином и посредством этого ингибирует следующие этапы Т-клеточной активации.

Также активированные адаптерные молекулы связываются и активируют связывающие нуклеотид гуанозин белки, называемые Ras и Rac, которые в свою очередь активируют цитоплазматический каскад митогенактивируемых протеинкиназ (mitogen-activated proteinkinases - MAP), ведущий к активации фактора транскрипции АР-1.

Секреция цитокинов и пролиферация

Как показано на рис. 10.3, NF-кВ, NF-AT, АР-1 и другие активированные факторы транскрипции поступают в ядро Т-клетки и избирательно связываются с регуляторными последовательностями различных генов. В результате гены, кодирующие цитокин IL-2 и одну цепь рецептора IL-2 (IL2Ra; CD25), транскрибируются и транслируются (рис. 10.4). IL-2Ra соединяется с другими цепями рецептора, формируя высокоаффинный рецептор для IL-2 на активированной Т-клетке. В течение 24 ч клетка увеличивается в размере (становится Т-клеточным бластом) и начинает секретировать белок IL-2.

Рис. 10.4. Секреция IL-2 и его взаимодействие с высокоаффинным IL-2-рецептором, приводящее к расширению СD4+-Т-клеточного клона

Интерлейкин-2 является фактором роста Т-клеток и связывается со своим высокоаффинным рецептором на этой же самой или другой Т-клетке. Спустя примерно 48 ч синтезируется ДНК, и приблизительно еще через 24 ч активированные CD4+-T-клетки начинают пролиферировать, что ведет к увеличению их количества в этом конкретном клоне Т-клеток. Некоторые из этих активированных клеток развиваются в СD4+-клетки памяти.

Роли B7-CD28 и B7-CD152 в активации Т-клеток

Ранее подчеркивалось значение взаимодействия членов семейства В7 с CD28 для усиления и поддержки сигнала от комплекса пептид-МНС и TCR на наивной СD4+-Т-клетке. Как уже было отмечено, считается, что при отсутствии костимуляторного сигнала В7 - CD28 наивная CD4+-Т-клетка не производит IL-2 и может оставаться инактивированной (анергичной).

Как взаимодействие В7-CD28 приводит к «полной» активации Т-клеток, пока не до конца понятно, но предполагают, что при этом задействуются несколько различных механизмов. Одним из важных путей является увеличение длительности жизни некоторых иРНК, в частности иРНК IL-2, в результате активации Т-клетки через CD28. Это приводит к увеличению синтеза белка IL-2 в Т-клетках, активированных как первым, так и вторым сигналом, по сравнению с клетками, активированными только через TCR. Результаты исследований также свидетельствуют, что сигнал от CD28 увеличивает жизнеспособность Т-клеток путем индукции экспрессии белка Вс1-х, который угнетает апоптоз.

Недавно полученные данные также указывают, что взаимодействие В7-CD28 мобилизует липидные плоты внутри Т-клетки; таким способом CD28 привлекает молекулы, такие как тирозиновые киназы, которые участвуют в активации Т-клеток, находясь внутри них, в месте, где TCR контактирует с АПК. Также было показано, что взаимодействие В7-CD28 активирует киназу, называемую фосфатидилинозитол-3-киназа; активация последующих этапов этого киназного пути, вероятно, усиливает внутриклеточную передачу сигнала, проводимого через TCR.

Ранее было указано на возможность контакта лигандов на поверхности АПК из группы В7 (CD80 и CD86) с поверхностной молекулой Т-клетки, родственной CD28, CD152 (называемой CTLA-4). В отличие от CD28, которая экспрессируется на покоящихся Т-клетках, экспрессия CD152 индуцируется вследствие активации Т-клетки.

Взаимодействие В7 с CD152 передает негативный сигнал в активированную Т-клетку. Он выключает продукцию IL-2 и, таким образом, пролиферацию Т-клеток, ограничивая длительность иммунного ответа. Механизм негативного эффекта, связанного с В7-CD152, полностью не ясен; как и при взаимодействии В7-CD28. вероятно, вовлечены множество биохимических механизмов. Последние данные позволяют предположить, что CD152 действует в иммунологическом синапсе путем замещения ключевых компонентов сигнального комплекса и/или ограничения их функций.

Миграция из лимфатического узла

Спустя несколько дней после первых активационных этапов, активированные Т-клетки и клетки памяти покидают лимфатический узел и направляются в различные участки организма, в частности в те, которые подвергались воздействию или были инфицированы патогенными микроорганизмами. Миграция из лимфатического узла связана со сменой экспрессии поверхностных клеточных молекул. В основном на активированных Т-клетках снижается экспрессия CD64L (L-селектина или MEL-14), рецептора хоминга наивных Т-клеток, который позволяет клеткам войти в лимфатический узел.

Активированные Т-клетки увеличивают экспрессию других молекул клеточной поверхности, таких как интегрин CD49dCD29 (VLA-4) и CD44. Лиганды к этим молекулам экспрессируются за пределами лимфатического узла в таких тканях, как кожа, или в очагах воспаления . Результаты недавно проведенных исследований также указывают, что активированные Т-клетки отличаются от наивных по экспрессии хемокиновых рецепторов. Таким образом, вследствие этой смены экспрессии молекул хоминга и хемокиновых рецепторов активированные Т-клетки и клетки памяти выходят из лимфатического узла и направляются в ткани.

Р.Койко, Д.Саншайн, Э.Бенджамини

Под активацией клеток понимают их переход из состояния покоя в функционально активное состояние - макрофаги продуцируют активные формы кислорода, тучные клетки выбрасывают гранулы, мышечные клетки сокращаются и т.д. В случае лимфоцита активация также означает выход из состояния покоя (G0), но в несколько ином смысле: покоящийся лимфоцит находится вне клеточного цикла, а его активация означает вступление в цикл. Это последствие активации лимфоцитов глубоко функционально, поскольку любому проявлению функции лимфоцитов должно предшествовать их размножение (поскольку исходная численности клеток в каждом клоне мала). Это не относится к естественным киллерам - лимфоцитам, популяция которых не имеет клональной структуры. Активация NK-клеток не связана с пролиферацией и означает переход в состояние готовности выполнять цитотоксическую функцию.
Молекулярные основы активации Т-клеток
Активация клеток, в том числе лимфоцитов, всегда сопряжена с экспрессией многих генов. В случае лимфоцитов активация должна приводить прежде всего к экспрессии генов, обеспечивающих пролиферативную экспансию клона. Суть подготовки Т-клеток к пролиферации состоит прежде всего в экспрессии генов аутокринного ростового фактора - IL-2 и его рецептора, а точнее a-цепи этого рецептора, обеспечивающей достижение необходимого уровня сродства к цитокину, что служит условием выполнения рецептором его функций. Оба эти гена являются индуцибельными, т.е. в покоящемся состоянии они выключены, но экспрессируются в ответ на индуцирующее воздействие. Сигнал к включению гена поступает из его регуляторного (промоторного) участка, в котором расположены сайты специфического взаимодействия с определенными белками - транскрипционными факторами. Некоторые их таких белков исходно представлены в клетке в активной форме, но большинство отсутствует и может быть синтезировано de novo или активировано путем фосфорилирования или удаления ингибирующей субъединицы. Таким образом, молекулярная основа активации - образование необходимых транскрипционных факторов, обеспечивающих включение индуцибельных генов.
На Т-лимфоциты активирующее воздействие оказывают индукторы активации. В физиологических условиях таким индуктором служит антигенный стимул. Само по себе распознавание антигена при контакте Т-хел- пера с АПК не может повлиять на активность гена в силу пространственной разобщенности мембранного рецептора и генов, локализующихся в ядре. TCR проникает внутрь клетки после связывания с антигеном, но не для того, чтобы мигрировать в ядро и повлиять на активность гена, а для того, чтобы быть расщепленным. Однако при связывании антигенного комплекса с TCR в сочетании с костимулирующим воздействием возникает сигнал, достигающий ядра и регулирующий экспрессию генов. Передача сигнала осуществляется по каскадному принципу. На разных этапах передачи сигнала ее осуществляют молекулы ферментов (главным образом, протеинкиназы, активирующие белки на каждой очередной стадии передачи сигнала), а также адапторные и ГТФ-связывающие белки. Сигнал исходно является двойственным, поскольку его передача осуществляется одновременно от TCR и CD28. Затем эти пути пересекаются и вновь разделяются на несколько ветвей. Конечный результат передачи сигнала по каждому сигнальному пути - формирование транскрипционного фактора. На рис. 3.90 представлена типовая схема внутриклеточной передачи сигнала, завершающейся формированием транскрипционных факторов и активацией генов. Для активации Т-клеток требуется формирование трех транскрипционных факторов - NF-AT, NF-kB и AP-1. Далее рассмотрим осуществление внутриклеточной передачи сигнала на примере активации Т-хелперов при распознавании презентируемого дендритными клетками антигена.
Связывание комплекса MHC-II-пептид вызывает конформационные изменения молекулы TCR и связанной с ней молекулы корец ептора CD4. Пока окончательно не известно, происходит ли при этом только изменение конформации рецепторов или они олигомеризуются. Такие изменения активируют тирозинкиназы, ассоциированные с рецептором и корецеп- тором - Lck (p56lck), связанную с CD4, и Fyn (p59fyn), связанную с CD3. Указанные тирозинкиназы называют рецепторными, или проксимальными, в связи с тем, что они непосредственно примыкают к рецептору, входя в рецепторный комплекс. Обе упомянутые киназы относят к семейству Src-киназ. Киназы этого семейства содержат домены SH1, SH2 и SH3 (SH - от Src-homology) (рис. 3.91). Первый домен обладает ферментативной активностью, остальные взаимодействуют с другими киназами и адапторными белками. Функция тирозинкиназ состоит в фосфорилировании по остатку тирозина белков-мишеней, что необходимо для их активации и проявления функций, в том числе ферментативных. Мишени рецепторных киназ многочисленны. К ним относят сами молекулы Fyn и Lck (что обусловливает их аутофосфорилирование), а также полипептидные цепи TCR и другие киназы. Особенно многообразны мишени киназы Lck.
Однако первоначальным условием активации рецепторных киназ является, наоборот, их дефосфорилирование, обеспечивающее пере-

ход из гиперфосфорилированного в нормальное состояние. Дело в том, что в покоящейся клетке SH2-домен киназы Lck находится в свернутой форме вследствие фосфорилирования С-концевого остатка тирозина Y505 конститутивно активированной киназой Csk. Фосфорилированный Y505 взаимодействует с помощью фосфатной группы с остатком тирозина в Sffi-домене, к которому и подтягивается С-конец молекулы. В таком виде фермент не активен, поскольку при этом не может быть фосфори- лирован функционально важный остаток Y394 в домене SH1. Для снятия такой функциональной блокады необходимо дефосфорилирование с последующим развертыванием молекулы, что осуществляется с участием тирозинфосфатаз. Основную роль в переводе рецепторных киназ в «рабочее» состояние выполняет молекула CD45, цитоплазматический домен которой обладает активностью тирозинфосфатазы. Ранее уже упоминалось, что эта крупная молекула, препятствующая формированию тесного контакта между дендритной клеткой и Т-хелпером, вначале удаляется из зоны иммунного синапса, а затем часть молекул возвращается в эту зону для выполнения своей функции - дефосфорилирования молекул рецепторных тирозинкиназ. После того как остаток Y394 становится доступным для фосфорилирования, Lck может проявлять активность тирозинкиназы.
В генерации сигналов, передаваемых от полипептидных цепей комплекса TCR-CD3, наиболее важно наличие в цитоплазматическом участке у-, 5-, е- и Z-цепей активационной последовательности ITAM, о которой уже неоднократно упоминалось. Структура этого мотива такова: YXXI/L/ VX(6-8)YXXI/L/V (где Y - тирозин, Х - любой остаток, I/L/V - изолейцин, лейцин или валин) (рис. 3.92). Фосфорилирование остатков тирозина

Рис. 3.92. Сопоставление характеристик активационных и ингибирующих мотивов (ITAM и ITIM)

в ITAM делает этот участок доступным для распознавания аналогичными участками сигнальных молекул, расположенных более дистально. Среди полипептидных цепей TCR наиболее важна для передачи сигнала Z-цепь. В отличие от у-, 5- и е-цепей TCR, имеющих по одному участку ITAM, в цитоплазматической части Z-цепи расположены 3 последовательности ITAM, предназначенные для взаимодействия с остатками тирозина тирозинкиназы ZAP-70 (от Z-associated protein - ^-ассоциированный белок; масса 70 кДа) - ключевого фактора в передаче сигнала от TCR при его связывании с лигандом. Фосфорилирование Z-цепи является наиболее ответственным и в то же время наиболее уязвимым этапом активации Т-клеток. Полагают, что именно для обеспечения фосфорилирования всех мотивов ITAM этой молекулы необходимо длительное поддержание контакта Т-лимфоцитов и дендритных клеток. В Z-цепи покоящейся Т-клетки фосфорилирован 1 остаток тирозина; отсутствие фосфорилирования приводит к развитию апоптоза (рис. 3.93). После взаимодействия Z-цепи и ZAP-киназы запус-

Рис. 3.94. Схема сигнальных путей при активации Т-клеток. Распознавание комплекса молекулы МНС с антигенным эпитопом в сочетании с костимуляцией индуцирует запуск сигналов, передаваемых в ядро с помощью 5 каскадов, обеспечивающих формирование 3 транскрипционных факторов, необходимых для активации клетки. Жирным контуром обведены факторы, для которых показана высокая степень зависимости от костимуляции

кается полномасштабный процесс в виде нескольких параллельных путей передачи активационного сигнала (рис. 3.94).
Молекулу ZAP-70 относят к тирозинкиназам семейства Syk. Она содержит тандем из двух SH2-доменов. Условие ее взаимодействия с фцепью - предварительное фосфорилирование остатков тирозина в ITAM фцепи. После фосфорилирования 2-й остаток тирозина в мотивах ITAM фцепи взаимодействует с тирозином S^-доменов киназы ZAP-70. В результате фосфатная группа тирозина фцепи становится общей с тирозином Sffi-домена молекулы ZAP-70. За этим следует фосфорилирование остатков тирозина в ферментативном домене молекулы ZAP-70, осуществляемое тирозинкиназами Lck и, возможно, Fyn, что приводит к включению ферментативной (киназной) активности молекулы.
Дальнейшая передача сигнала обусловлена взаимодействием ZAP-70 с ее главным субстратом - адапторным белком LAT (от Linker for activation of T-cells - линкер активации Т-клеток). Этот белок связан с мембраной и входит в состав рафтов. После катализируемого ZAP-70 фосфорилирования LAT приобретает способность связывать сигнальные молекулы, участвующие в дальнейшей передаче сигнала: адапторные белки SLP-76, Grb2, фактор Vav, а также ферменты - PLCy1 и PI3K. Активация некоторых из упомянутых белков зависит от LAT не напрямую, а косвенно. Так, через SH3-домены

адапторных белков семейства Grb2 к сигнальному пути подсоединяются факторы SLP-76 и Sos. SLP-76, в свою очередь, опосредует подключение к сигнальному пути PLСy1 и ГТФазы Ras. Активация PLCy1 происходит с участием тирозинкиназы Itk, относящейся к семейству Btk - третьему (после Src и Syk) семейству тирозинкиназ, участвующих во внутриклеточной передаче сигнала при активации лимфоцитов. Все сигнальные факторы, вовлекаемые в процесс активации с прямым и косвенным участием LAT, рекрутируются в состав клеточной мембраны и взаимодействуют с ее фосфоинозитидными компонентами. Комплекс, образуемый при взаимодействии SLP-76, Vav и Nck, реагирует с белками цитоскелета PAK и WASP, служащими медиаторами перестроек в цитоскелете активируемых клеток.
Активированная PLCy1 катализирует расщепление фосфатидилино- зитол 4,5-бифосфата с образованием диацилглицерола (DAG), который остается связанным с мембраной, и инозитол-1,4,5-трифосфата (рис. 3.95). Инозитол трифосфат поступает в цитоплазму и взаимодействует с рецепторами на поверхности эндоплазматического ретикулума, что обусловливает выход ионов Са2+ из внутриклеточных хранилищ. Опустошение последних вызывает открытие Са2+-зависимых каналов в клеточной мембране, через которые в клетку поступают ионы Са2+ из внеклеточного пространства. В результате возрастает концентрация свободных ионов Са2+ в цитоплазме клетки. Ионы Са2+ активируют фосфатазу кальциневрин, дефосфорилиру- ющую цитоплазматический компонент транскрипционного фактора NF-AT (Nuclear factor of activated T-cells - ядерный фактор активированных Т клеток) (рис. 3.96). Это обусловливает перемещение фактора в ядро, взаимодействие с ядерным компонентом и формирование зрелой формы молекулы NF-AT, способной взаимодействовать с ДНК в промоторных участках генов, вовлеченных в активацию Т-клеток (IL2, IL2R и др.).
Диацилглицерол традиционно рассматривали как фактор, активирующий протеинкиназу С (PKC) - уже не раз упоминавшуюся ранее серин/тре-

Рис. 3.96. Са2+-зависимое звено активации Т-клеток и его блокада циклоспорином А. Зависимый от инозитолтрифосфата сигнальный путь приводит к мобилизации в ядро транскрипицонного фактора NF-AT. Этот путь может быть блокирован циклоспорином А, способным в комплексе с циклофиллином инактивировать фосфатазу кальциневрин, ответственную за дефосфорилирование цитоплазматического фактора NF-AT (что служит условием его миграции в ядро)

ониновую киназу, признаваемую одним из ключевых факторов активации Т-клеток. Однако оказалось, что изоформы РКС, активируемые диацил- глицеролом, не имеют отношения к активации Т-клеток. В ней участвует изоформа 0 РКС, появляющаяся в иммунном синапсе на пике его «зрелости». Ее рекрутирование в иммунный синапс зависит от активности Р13К и Vav (последний фактор связан с цитоскелетом, роль которого в транспорте РКС0 очень важна). Поскольку активация Vav зависит от сигнализации не только через TCR, но и через CD28, а CD28-зависимый путь реализуется с участием PI3K (она ассоциирована с CD28 - см. далее), становится очевидным, что PI3K и Vav представляют различные этапы одного сигнального пути и, таким образом, вовлечение в активацию молекулы РКС0 зависит от костимуляции через CD28. При этом не вызывает сомнений роль в активации РКС0 сигналов, поступающих от TCR, поскольку РКС0 фосфорили- руется (и, следовательно, активируется) киназой Lck. Допускают участие в активации РКС0 и других факторов, в том числе диацилглицерола, но эти влияния второстепенны. Активация PKC0 необходима для предотвращения апоптоза активируемых клеток и включения двух из трех критических транскрипционных факторов, необходимых для экспрессии генов IL2 и IL2R - АР-1 и NF-kB. РКС0-зависимая активация АР-1 реализуется через Rac/JNK-ветвь MAP-каскада (о нем будет сказано далее). Путь, приводящий к активации транскрипционного фактора NF-kB, содержит в качестве

промежуточных звеньев последовательно активируемые (с участием PKC0) факторы CARMA-1, Bcl-10 и MALT-1, IKK. IKK фосфорилирует ингибирующую субъединицу NF-kB - IkK, придавая ей способность к связыванию убиквитина, что предопределяет ее последующую деградацию. При этом освобождается активная субъединица NF-kB, мигрирующая в ядро и выступающая в роли транскрипционного фактора - одного из трех, необходимых для экспрессии генов активации Т-клеток. Транскрипционный фактор NF-kB, играющий ключевую роль при активации клеток врожденного иммунитета, был рассмотрен выше (см. раздел 2.2.4).
Столь же широко при активации клеток используется еще один сигнальный путь, запускаемый при активации Т-лимфоцитов - MAP-каскад, или MAP-модуль (от Mitogen-activated kinases - киназы, активированные мито- геном). Его роль состоит главным образом в индукции транскрипционного фактора АР-1 (димера c-jun/c-fos). Существует 3 ветви этого каскада, приводящие к образованию трех типов MAP-киназ (MAP^ - ERK1/ERK2 (от Extracellular signal-regulated kinases - киназы, регулируемые внеклеточными сигналами), p38 и JNK (от c-Jun NH2-terminal kinases - c-Jun NH2-концевые киназы). Каскады, приводящие к активации MAP-киназ, включаются с участием адапторных белков и низкомолекулярных ГТФаз. Один из адап- торных белков - Grb2 (Growth factor receptor bound protein 2), активируется при взаимодействии с фактором LAT. Активированный Grb2 спонтанно связывается с другим LAT-активированным белком SLP-76 и фактором Sos (от Son of sevenless). Sos представляет фактор замещения гуаниннуклеотидов: он обусловливает замещение ГДФ на ГТФ в составе малых G-белков (т.е. белков, связывающих гуаниннуклеотиды). Поэтому комплекс SLP-76/Grb2/Sos обусловливает активацию G-белка Ras, превращая связанный с ним ГДФ в ГТФ. Ras-ГТФ активирует серин/треониновую киназу Raf (киназу киназы MAP-киназы - МККК). Далее следует каскад реакций: Raf активирует МЕК (киназу MAP-киназы - МКК), а МЕК активирует вышеупомянутые MAP-киназы ERK1 и ERO. Активацию JNK-ветви MAP-каскада инициирует упоминавшийся выше фактор Vav (зависимый от LAT и связанный с активацией цитоскелета, а также РКС0, см. выше). Он вызывает переход ГДФ в ГТФ в комплексе с G-белком Rac (семейство Rho). Rac-ГТФ активирует киназу МЕКК (выступающую в роли МККК), она активирует киназу JNKK (MKK), которая, в свою очередь, активирует MAP-киназу JNK. Третий путь MAP-модуля, приводящий к образованию MAP-киназы р38, также зависит от G-белков семейства Rho. Он аналогичен по общей схеме двум другим путям, но изучен менее детально.
Активация MAP-киназ ERK1/ERK2, JNK и p38 осуществляется путем фосфорилирования остатков треонина и тирозина в мотиве TXY, причем роль Х в трех типах киназ выполняют различные остатки (соответственно Glu, Pro и Gly). Названные MAP-киназы обусловливают формирование транскрипционных факторов, участвующих во многих клеточных процессах. ERK1/ERK2 обусловливает образование транскрипционных факторов АР-1 и Elk-1, JNK - факторов ATF2, Elk-1 и c-Jun (компонент АР-1), p38 - факторов ATF2, Elk-1 и MEF-2C.
Запуск рассмотренных выше сигнальных путей при активации Т-клеток происходит при параллельном связывании TCR и костимуляции через молекулу CD28. Дифференцирование сигнальных путей, включаемых через эти мембранные молекулы, а также расшифровка взаимодействия этих путей до конца не завершены. Однако общая картина проявляется достаточно четко, чтобы в общих чертах понять молекулярные основы костимуляции. При связывании TCR, координированном со связыванием корецептора, происходит изменение конформации комплекса TCR-CD3, CD4 вызывает активацию рецепторных тирозинкиназ Fyn и Lck, а также фосфатазы CD45. Конечный результат «проксимальных» событий - фосфорилирование Z-цепи рецепторного комплекса и передача активационного сигнала на киназу ZAP-70. Далее с участием адапторных белков LAT, SLP-76 и Vav область, вовлеченная в передачу сигнала, существенно расширяется, включая мембранно-связанные киназы, цитоскелет и малые G-белки. Сигнальный путь, приводящий (через активацию PLCyl, образование инозитолтрифосфата и активацию кальциневрина) к мобилизации Са2+ и активации транскрипционного фактора NF-AT, по-видимому, реализуется без прямого участия сигналов, генерируемых при костимуляции. Другие пути в большей или меньшей степени зависят от костимулирующего сигнала.
Наиболее прямое следствие костимуляции через CD28 - активация мембранного фермента PI3K, физически связанного с молекулой CD28. Этот фермент катализирует образование фосфатидилинозитол 4, 5-бифосфата, служащего источником инозитолтрифосфата. Однако это событие напрямую не связано с активацией и может рассматриваться как подготовительное. При активации клетки фосфатидилинозитолтрифосфат активирует Vav - узловой фактор, ответственный за вовлечение в процесс активации цитоскелета и участвующий в рекрутировании и активации протеинкиназы PKC0. Этот фермент важен для функционирования сигнального пути, приводящего к формированию транскрипционных факторов NF-kB и АР-1. В обоих случаях роль PKC0 в наибольшей степени проявляется во включении Rас/JNK-ветви MAP-каскада. Raf/ERK- и Rac/p38-ветви MAP-каскада в меньшей степени зависят от PKC0, а следовательно, от костимуляции. Таким образом, молекулярная основа костимуляции - вовлечение в процесс активации Т-хелпера сигнальных путей, реализуемых с участием трех ключевых факторов - PI3K, фактора Vav и изоформы 0 протеинкиназы С. Из трех ключевых транскрипционных факторов, запускающих гены активации Т-клеток, экспрессия двух (АР-1 и NF-kB) зависит от костимуляции и только для выработки NF-AT непосредственно костимуляция не требуется.
Таким образом, в результате в Т-клетке формируется 3 транскрипционных фактора - NF-AT, NF-kB AP-1. Формирование этих факторов происходит различными путями. Активный NF-AT образуется в результате сборки димера, включающего цитоплазматический и ядерный субкомпоненты NF-AT - NF-ATc и NF-ATn. Если NF-ATn - конститутивный фактор, всегда присутствующий в ядре Т-клетки, NF-ATc должен быть активирован для миграции в ядро, что достигается его дефосфорилированием, катализируемым кальциневрином (см. выше). Транскрипционный фактор NF-kB активируется путем отщепления от комплекса IkB-NF-kB ингибирующей субъединицы IkB. Как уже говорилось выше, это происходит при фосфорилировании IkB киназой IKK, активируемой с участием РКС0. Фосфорилированная субъединица становится доступной для деградации

по убиквитиновому пути. Фактор АР-1 - димер белковых продуктов двух индуцибельных протоонкогенов - c-fos и c-jun. Для экспрессии этих генов и синтеза белков необходимы соответствующие транскрипционные факторы, а именно Elk-1 (для c-fos) и JNK (для c-jun). Как уже было указано выше, Elk-1 и JNK - конечные продукты деятельности различных ветвей MAP-каскада. Синтезируемые de novo белки c-fos и c-jun образуют гомо- и гетеродимеры, формирующие транскрипционный фактор АР-1.
Рассмотренные три фактора (NF-AT, NF-kB и AP-1) нужны для индукции генов активации Т-клеток - в первую очередь IL2 и IL2R. Промоторный участок гена IL2 содержит 9 сайтов связывания транскрипционных факторов (рис. 3.97). Среди них есть 2 участка связывания октомера Oct, не лимитирующего процесс индукции гена. Из трех ключевых транскрипционных факторов NF-kB взаимодействует с промотором в одном сайте, не зависимом от других транскрипционных факторов. Два других фактора - NF-AT и AP-1 - взаимодействуют с промотором как отдельно друг от друга (по 1 сайту связывания), так и в комплексе (3 сайта связывания). Заполнение всех сайтов соответствующими транскрипционными факторами, приводящее к индукции гена, служит конечным результатом передачи сигнала при активации Т-клеток.
Выше были подробно рассмотрены сигнальные пути, участвующие в активации Т-хелперов. Активация цитотоксических Т-клеток осуществляется по сходным механизмам.
3.5.2.2. Проявления активации Т-клеток
Активация CD4+ Т-клеток (как и любых Т-лимфоцитов) приводит к экспрессии большого числа генов, среди которых наибольшую роль в реализации основных эффекторных событий играют гены IL2 и IL2R, кодирующие соответственно цитокин IL-2 и a-цепь его рецептора. Экспрессия гена IL2 происходит примерно через 1 ч после получения стимулирующего сигнала. Секрецию белка IL-2 стимулированными Т-клетками in vitro выявляют через 3-4 ч; она достигает пика через 8-12 ч и прекращается через 24 ч. In vivo секреция IL-2 начинается через 1-3 сут после введения антигена

Рис. 3.98. Временная динамика экспрессии молекул активации Т-клеток. На графи
ке представлены сроки экспрессии ключевых молекул активации после стимуляции Т-клеток

(иммунизации) и сохраняется в течение 7-12 сут. Экспрессия a-цепи рецептора IL-2 происходит несколько позже и продолжается дольше - in vitro ее выявляют через 4 ч после стимуляции; максимума она достигает через 2-3 сут и прекращается через 5 сут (рис. 3.98).
Одновременно с геном IL2 в кратчайшие сроки после действия стимулятора (в физиологических условиях - антигенного комплекса пептид-MHC) экспрессируются гены с-Myc и N-Myc, называемые ранними активационными генами. Они участвуют в подготовке клеток к митозу. Через 2-3 ч на поверхности Т-клетки появляется CD69 - самый ранний активационный антиген, частично мобилизуемый из внутриклеточных депо, а частично экспрессируемый de novo. Его экспрессия продолжается немногим более суток. Вскоре после CD69 на поверхности клетки появляется другой ранний маркер активации - CD25, представляющий уже упомянутую a-цепь рецептора для IL-2. Несколько раньше выявляют экспрессию ряда цитоки- новых генов и синтез ограниченных количеств соответствующих цитокинов (IFNy, IL-4, IL-5, IL-6).
Следующие проявления активации наблюдают через сутки после действия стимулятора, когда экспрессируется молекула рецептора для транс- феррина (CD71). Этот фактор играет важную роль в пролиферации, поскольку для ее осуществления необходимы ионы железа. В последующие дни (3-6 сут) экспрессируются молекулы MHC-II, относимые к поздним маркерам активации Т-клеток, а затем - р1-интегрины, обозначаемые как очень поздние активационные антигены - VLA (Very late activation antigens), и секретируются хемокины. Эти поздние проявления активации клеток совмещаются с пролиферативным процессом.

При контакте с соответствующим антигеном, представленным прилежащими макрофагами, Т-лимфоциты специфического клона размножаются, выделяя большое число активированных, специфически реагирующих Т-клеток, что соответствует выделению антител активированными В-клетками. Основное различие состоит в том, что в лимфу выделяются не антитела, а целые активированные Т-клетки. Затем они выходят в кровоток и распределяются по телу, проходя через капиллярные стенки в тканевые пространства, оттуда - назад в лимфу и снова в кровь, циркулируя так по всему телу иногда в течение месяцев или даже лет.

Формируются также лимфоцитарные Т-клетки памяти, подобно тому, как формируются В-клетки памяти в системе антител . Это означает, что, когда антиген активирует клон Т-лимфоцитов, многие из вновь образованных лимфоцитов сохраняются в лимфоидной ткани, становясь дополнительными Т-лимфоцитами данного специфического клона; эти клетки памяти равномерно распределяются по лимфоидной ткани всего тела. При последующем появлении того же антигена в любой части тела активированные Т-клетки выделяются гораздо быстрее и в большем количестве, чем во время первого воздействия.

Антиген-представляющие клетки, белки ГКГ и рецепторы для антигенов на Т-лимфоцитах . Реакции Т-клеток в высшей степени антигенспецифичны, как и реакции антител, выделяемых В-клетками, и так же важны в защите против инфекции. Действительно, Т-клетки необходимы как для запуска реакций приобретенного иммунитета, так и для ликвидации внедрившихся патогенов.

В-лимфоциты распознают интактные антигены, в то время как Т-лимфоциты реагируют на антигены только после их связи со специфическими молекулами, называемыми белками ГКГ, на поверхности антиген-представляющих клеток в лимфоидных тканях. К трем главным типам антиген-представляющих клеток относятся макрофаги, В-лимфоциты и дендритные клетки. Дендритные клетки, наиболее мощные из антиген-представляющих клеток, локализуются в теле повсюду, и единственная известная их функция - представлять антигены Т-клеткам.

Для осуществления активации Т-клеток их связь с антиген-представляющими клетками должна быть достаточно продолжительной, и решающее значение для реализации этого условия имеет взаимодействие белков клеточной адгезии.

Белки ГКГ кодируются большой группой генов, которую называют главным комплексом гистосовместимости. Белки ГКГ связывают пептидные фрагменты антигенных белков, разрушающихся внутри антиген-представляющих клеток, и затем транспортируют их к клеточной поверхности. Существует два типа белков ГКГ: (1) белки ГКГ-I, представляющие антигены цитотоксическим Т-клеткам; (2) белки ГКГ-II, представляющие антигены Т-хелперам. Специфические функции цитотоксических Т-клеток и Т-хелперов обсуждаются далее.

Антигены на поверхности антиген-представляющих клеток связываются с рецепторными молекулами на поверхностях Т-клеток так же, как они связываются с белковыми антителами плазмы. Эти рецепторные молекулы состоят из вариабельного элемента, подобного вариабельному участку гуморального антитела, но в этом случае стволовой участок вариабельного элемента прочно связан с клеточной мембраной Т-лимфоцита. На одиночной Т-клетке может быть до 100000 рецепторных участков.