Белки системы комплемента инактивируются при. Лектиновый путь активации комплемента

СЛАЙД 1

Лекция №4. Гуморальные факторы врожденного иммунитета

1. Система комплемента

2. Белки острой фазы воспаления

3. Биогенные амимны

4. Липидные медиаторы

5. Цитокины

6. Интерфероны

СЛАЙД 2

Гуморальная составляющая врожденного иммунитета представлена несколькими взаимосвязанными системами - системой комплемента, цитокиновой сетью, бактерицидными пептидами, а также гуморальными системами, связанными с воспалением.

Действие большинства этих систем подчиняется одному из двух принципов - каскада и сети. По каскадному принципу функционирует система комплемента, при активации которой происходит последовательное вовлечение факторов. При этом эффекты каскадных реакций проявляются не только в конце активационного пути, но и на промежуточных стадиях.

Принцип сети характерен для системы цитокинов и предполагает возможность одновременного функционирования различных компонентов системы. Основа функционирования такой системы - тесная взаимосвязь, взаимное влияние и значительная степень взаимозаменяемости компонентов сети.

СЛАЙД 3

Комплемент – сложный белковый комплекс сыворотки крови.

Система комплемента состоит из 30 белков (компонентов, или фракций , системы комплемента).

Активируется система комплемента за счет каскадного процесса: продукт предыдущей реакции исполняет роль катализатора последующей реакции. Причем при активации фракции компонента происходит, у первых пяти компонентов, ее расщепление. Продукты этого расщепления и обозначаются как активные фракции системы комплемента .

1. Больший из фрагментов (обозначаемый буквой b), образовавшихся при расщеплении неактивной фракции, остается на поверхности клетки – активация комплемента всегда происходит на поверхности микробной клетки, но не собственных эукариотических клеток. Этот фрагмент приобретает свойства фермента и способность воздействовать на последующий компонент, активируя его

2. Меньший фрагмент (обозначается буквой a) является растворимым и «уходит» в жидкую фазу, т.е. в сыворотку крови.

Фракции системы комплемента обозначаются по-разному.

1. Девять – открытых первыми – белков системы комплемента обозначаются буквой С (от английского слова complement) с соответствующей цифрой.

2. Остальные фракции системы комплемента обозначаются другими латинскими буквами или их сочетаниями.

СЛАЙД 4

Пути активации комплемента

Существуют три пути активации комплемента: классический, лектиновый и альтернативный.

СЛАЙД 5

1. Классический путь активации комплемента является основным. Участие в этом пути активации комплемента – главная функция антител.

Активацию комплемента по классическому пути запускает иммунный комплекс : комплекс антигена с иммуноглобулином (класса G или М). Место антитела может «занять» С-реактивный белок – такой комплекс также активирует комплемент по классическому пути.

Классический путь активации комплемента осуществляется следующим образом.

а. Сначала активируется фракция С1 : она собирается из трех субфракций (C1q, C1r, C1s) и превращается в фермент С1-эстеразу (С1qrs).

б. С1-эстераза расщепляет фракцию С4 .

в. Активная фракция С4b ковалентно связывается с поверхностью микробных клеток - здесь присоединяет к себе фракцию С2 .

г. Фракция С2 в комплексе с фракцией С4b расщепляется С1-эстеразой с образованием активной фракции С2b .

д. Активные фракции С4b и С2b в один комплекс – С4bС2b – обладающий ферментативной активностью. Это так называемая С3-конвертаза классического пути .

е. С3-конвертаза расщепляет фракцию С3 , нарабатываю большие количества активной фракции С3b.

ж. Активная фракция С3b присоединяется к комплексу С4bС2b и превращает его в С5-конвертазу (С4bС2bС3b ).

з. С5-конвертаза расщепляет фракцию С5 .

и. Появившаяся в результате этого активная фракция С5b присоединяет фракцию С6 .

к. Комплекс С5bС6 присоединяет фракцию С7 .

л. Комплекс С5bС6С7 встраивается в фосфолипидный бислой мембраны микробной клетки .

м. К этому комплексу присоединяется белок С8 и белок С9 . Данный полимер формирует в мембране микробной клетки пору диаметром около 10 нм, что приводит к лизису микроба (так как на его поверхности образуется множество таких пор – «деятельность» одной единицы С3-конвертазы приводит к появлению около 1000 пор). Комплекс С5bС6С7С8С9, образующийся в результате активации комплемента, называется мемранатакующим комплексом (МАК).

СЛАЙД 6

2. Лектиновый путь активации комплемента запускается комплексом нормального белка сыворотки крови – маннансвязывающего лектина (МСЛ) – с углеводами поверхностных структур микробных клеток (с остатками маннозы).

СЛАЙД 7

3. Альтернативный путь активации комплемента начинается с ковалентного связывания активной фракции С3b – которая всегда присутствует в сыворотке крови в результате постоянно протекающего здесь спонтанного расщепления фракции С3 – с поверхностными молекулами не всех, но некоторых микроорганизмов.

1. Дальнейшие события развиваются следующим образом.

а. С3b связывает фактор В , образуя комплекс С3bВ.

б. В связанном с С3b виде фактор В выступает в качестве субстрата для фактора D (сывороточной сериновой протеазы), которая расщепляет его с образованием активного комплекса С3bВb . Этот комплекс обладает ферментативной активностью, структурно и функционально гомологичен С3-конвертазе классического пути (С4bС2b) и называется С3-конвертазой альтернативного пути .

в. Сама по себе С3-конвертаза альтернативного пути нестабильна. Чтобы альтернативный путь активации комплемента успешно продолжался этот фермент стабилизируется фактором Р (пропердином).

2. Основное функциональное отличие альтернативного пути активации комплемента, по сравнению с классическим, заключается в быстроте ответа на патоген: так как не требуется время для накопления специфических антител и образования иммунных комплексов.

Важно понимать, что и классический и альтернативный пути активации комплемента действуют параллельно , еще и амплифицируя (т.е. усиливая) друг друга. Другими словами комплемент активируется не «или по классическому или по альтернативному», а «и по классическому и по альтернативному» путям активации. Это, еще и с добавлением лектинового пути активации, – единый процесс, разные составляющие которого могут просто проявляться в разной степени.

СЛАЙД 8

Функции системы комплемента

Система комплемента играет очень важную роль в защите макроорганизма от патогенов.

1. Система комплемента участвует в инактивации микроорганизмов , в т.ч. опосредует действие на микробы антител.

2. Активные фракции системы комплемента активируют фагоцитоз (опсонины - С3b и C5b) .

3. Активные фракции системы комплемента принимают участие в формировании воспалительной реакции .

СЛАЙД 9

Активные фракции комплемента С3а и С5а называются анафилотоксинами , так как участвуют, помимо прочего, в аллергической реакции, называемой анафилаксия. Наиболее сильным анафилотоксином является С5а. Анафилотоксины действуют на разные клетки и ткани макроорганизма.

1. Действие их на тучные клетки вызывает дегрануляцию последних.

2. Анафилотоксины действуют также на гладкие мышцы , вызывая их сокращение.

3. Действуют они и на стенку сосуда : вызывают активацию эндотелия и повышение его проницаемости, что создает условия для экстравазации (выхода) из сосудистого русла жидкости и клеток крови в ходе развития воспалительной реакции.

Корме того, анафилотоксины являются иммуномодуляторами , т.е. они выступают в роли регуляторов иммунного ответа.

1. С3а выступает в роли иммуносупрессора (т.е. подавляет иммунный ответ).

2. С5а является иммуностимулятором (т.е. усиливает иммунный ответ).

СЛАЙД 10

Белки острой фазы

Некоторые гуморальные реакции врожденного иммунитета по своему назначению аналогичны реакциям адаптивного иммунитета и могут рассматриваться как их эволюционные предшественники. Такие реакции врожденного иммунитета имеют преимущество перед адаптивным иммунитетом в быстроте развития, однако недостаток их заключается в отсутствии специфичности в отношении антигенов. Пару сходных по результатам реакций врожденного и адаптивного иммунитета мы рассмотрели выше в разделе, посвященном комплементу (альтернативная и классическая активация комплемента). Другой пример будет рассмотрен в данном разделе: белки острой фазы в ускоренном и упрощенном варианте воспроизводят некоторые эффекты антител.

Белки (реактанты) острой фазы представляют группу протеинов, секретируемых гепатоцитами. При воспалении продукция белков острой фазы изменяется. При усилении синтеза белки называют положительными, а при понижении синтеза - отрицательными реактантнами острой фазы воспаления.

Динамика и выраженность изменений сывороточной концентрации различных белков острой фазы при развитии воспаления неодинакова: концентарция С-реактивного белка и сывороточного амилоида Р возрастает очень сильно (в десятки тысяч раз) - быстро и кратковременно (практически нормализуется к концу 1-й недели); уровни гаптоглобина и фибриногена возрастают слабее (в сотни раз) соответственно на 2-й и 3-й неделях воспалительной реакции. В данной презентации будут рассмотрены только положительные реактанты, участвующие в иммунных процессах.

СЛАЙД 11

Согласно выполняемым функциям выделяют несколько групп белков острой фазы.

К транспортным белкам относят преальбумин, альбумин, орозомукоид, липокалины, гаптоглобин, трансферрин, маннозасвязывающий и ретинолсвязывающий белки и т.д. Они играют роль переносчиков метаболитов, ионов металлов, физиологически активных факторов. Роль факторов этой группы существенно возрастает и качественно изменяется при воспалении.

Другую группу образуют протеазы (трипсиноген, эластаза, катепсины, гранзимы, триптазы, химазы, металлопротеиназы), активация которых необходима для формирования многих медиаторов воспаления, а также для осуществления эффекторных функций, в частности киллерной. Активация протеаз (трипсина, химотрипсина, эластазы, металлопротеиназ) уравновешивается накоплением их ингибиторов. α2-Макроглобулин участвует в подавлении активности протеаз разных групп.

Помимо перечисленных, к белкам острой фазы относят факторы коагуляции и фибринолиза, а также белки межклеточного матрикса (например, коллагены, эластины, фибронектин) и даже белки системы комплемента.

СЛАЙД 12

Пентраксины. Наиболее полно проявляют свойства реактантов острой фазы белки семейства пентраксинов: в первые 2-3 сут развития воспаления их концентрация в крови повышается на 4 порядка.

С-реактивный белок и сывороточный амилоид Р образуются и секретируются гепатоцитами. Основной индуктор их синтеза - IL-6. Белок PTX3 вырабатывают миелоидные (макрофаги, дендритные клетки), эпителиальные клетки и фибробласты в ответ на стимуляцию через TLR, а также под действием провоспалительных цитокинов (например, IL-1β, TNFα).

Концентрация пентраксинов в сыворотке резко возрастает при воспалении: С-реактивного белка и сывороточного амилоида Р - с 1 мкг/мл до 1–2 мг/мл (т.е. в 1000 раз), РТХ3 - с 25 до 200–800 нг/мл. Пик концентрации достигается через 6–8 ч после индукции воспаления. Для пентраксинов характерна способность связываться с самыми разнообразными молекулами.

С-реактивный белок был впервые идентифицирован благодаря его способности связывать полисахарид С (Streptococcus рneumoniae ), что и определило его название. Пентраксины взаимодействуют и с множеством других молекул: C1q, бактериальными полисахаридами, фосфорилхолином, гистонами, ДНК, полиэлектролитами, цитокинами, белками межклеточного матрикса, сывороточными липопротеинами, компонентами комплемента, друг с другом, а также с ионами Са 2+ и других металлов.

Для всех рассматриваемых пентраксинов существуют высокоаффинные рецепторы на миелоидных, лимфоидных, эпителиальных и других клетках. Кроме того, эта группа белков острой фазы обладает достаточно высоким сродством к таким рецепторам, как FcγRI и FcγRII. Многочисленность молекул, с которыми взаимодействуют пентраксины, определяет широкое разнообразие их функций.

Распознавание и связывание пентраксинами PAMP дает основание рассматривать их как вариант растворимых патогенраспознающих рецепторов.

К наиболее важным функциям пентраксинов относят их участие в реакциях врожденного иммунитета в качестве факторов, запускающих активацию комплемента через C1q и участвующих в опсонизации микроорганизмов.

Комплементактивирующая и опсонизирующая способность пентраксинов делает их своеобразными «протоантителами», частично выполняющими функции антител на начальном этапе иммунного ответа, когда истинные адаптивные антитела еще не успели выработаться.

Роль пентраксинов во врожденном иммунитете заключается также в активации нейтрофилов и моноцитов/макрофагов, регуляции синтеза цитокинов и проявлении хемотаксической активности по отношению к нейтрофилам. Помимо участия в реакциях врожденного иммунитета пентраксины регулируют функции межклеточного матрикса при воспалении, контроле апоптоза и элиминации апоптотических клеток.

СЛАЙД 13

Биогенные амины

К этой группе медиаторов относят гистамин и серотонин, содержащиеся в гранулах тучных клеток. Освобождаясь при дегрануляции, эти амины вызывают разнообразные эффекты, играющие ключевую роль в развитии ранних проявлений гиперчувствительности немедленного типа.

Гистамин (5-β-имидазолилэтиламин) - главный медиатор аллергии. Он образуется из гистидина под влиянием фермента гистидиндекарбоксилазы.

Поскольку гистамин содержится в гранулах тучных клеток в готовом виде, а процесс дегрануляции происходит быстро, гистамин очень рано появляется в очаге аллергического поражения, причем сразу в большой концентрации, что определяет проявления немедленной гиперчувствительности. Гистамин быстро метаболизируется (95% за 1 мин) с участием 2 ферментов - гистамин-N-метилтрансферазы и диаминооксидазы (гистаминазы); при этом образуется (в соотношении примерно 2:1) соответственно N-метилгистамин и имидазолацетат.

Известно 4 разновидности рецепторов для гистамина Н 1 -Н 4 . При аллергических процессах гистамин действует преимущественно на гладкие мыщцы и эндотелий сосудов, связываясь с их Н 1 -рецепторами. Эти рецепторы поставляют активационный сигнал, опосредованный превращениями фосфоинозитидов с образованием диацилглицерола и мобилизацией Са 2+ .

Указанные эффекты частично обусловлены образованием в клетках (мишенях гистамина) оксида азота и простациклина. Действуя на нервные окончания, гистамин вызывает ощущение зуда, характерного для аллергических проявлений в коже.

У человека гистамин играет важную роль в развитии кожной гиперемии и аллергического ринита. Менее очевидно его участие в развитии общих аллергических реакций и бронхиальной астмы. В то же время через Н 2 -рецепторы гистамин и родственные вещества оказывают регуляторное действие, иногда уменьшающее проявления воспаления, ослабляя хемотаксис нейтрофилов и выброс ими лизосомных ферментов, а также высвобождение самого гистамина.

Через Н 2 -рецепторы гистамин действует на сердце, секреторные клетки желудка, подавляет пролиферацию и цитотоксическую активность лимфоцитов, а также секрецию ими цитокинов. Большинство этих эффектов опосредовано активацией аденилатциклазы и повышением внутриклеточного уровня цАМФ.

Данные об относительной роли различных рецепторов гистамина в реализации его действия очень важны, поскольку многие антиаллергические препараты представляют собой блокаторы Н 1 (но не Н 2 и других) рецепторов гистамина.

СЛАЙД 14

Липидные медиаторы.

Важную роль в регуляции иммунных процессов, а также в развитии аллергических реакций играют гуморальные факторы липидной природы. Наиболее многочислены и важны из них эйкозаноиды.

Эйкозаноиды - продукты метаболизма арахидоновой кислоты - жирной полиненасыщенной кислоты, молекула которой содержит 20 атомов углерода и 4 ненасыщенные связи. Арахидоновая кислота образуется из мембранных фосфолипидов как прямой продукт действия фосфолипазы А (PLA) или косвенный продукт превращений, опосредованных PLC.

Образование арахидоновой кислоты или эйкозаноидов происходит при активации различных типов клеток, особенно участвующих в развитии воспаления, в частности аллергического: эндотелиальных и тучных клеток, базофилов, моноцитов и макрофагов.

Метаболизм арахидоновой кислоты может проходить по 2 путям - катализироваться циклооксигеназой или 5’-липоксигеназой. Циклооксигеназный путь приводит к образованию простагландинов и тромбоксанов из нестабильных промежуточных продуктов - эндоперекисных простагландинов G2 и H2, а липоксигеназный - к образованию лейкотриенов и 5-гидроксиэйкозатетраеноата через промежуточные продукты (5-гидроперокси-6,8,11,14-эйкозатетраеновую кислоту и лейкотриен А4), а также липоксинов - продуктов двойной липоксигенации (под действием двух липоксигеназ - см. далее).

Простагландины и лейкотриены во многих отношениях проявляют альтернативные физиологические эффекты, несмотря на то, что внутри этих групп существуют значительные различия в активности.

Общее свойство этих групп факторов - преобладающее действие на стенку сосудов и гладкие мышцы, а также хемотаксический эффект. Эти эффекты реализуются при взаимодействии эйкозаноидов со специфическими рецепторами на поверхности клеток. Некоторые представители семейства эйкозаноидов усиливают действие других вазоактивных и хемотаксических факторов, например, анафилатоксинов (С3а, С5а).

СЛАЙД 15

Лейкотриены (LT) - С 20 -жирные кислоты, молекула которых в положении 5 содержит ОН-группу, а в положении 6 - боковые серосодержащие цепи, например глутатион.

Выделяют 2 группы лейкотриенов:

Одна из них включает лейкотриены С4, D4 и Е4, называемые цистеиниллей-котриенами (Cys-LT),

Во вторую входит один фактор - лейкотриен B4.

Лейкотриены образуются и секретируются в течение 5–10 мин после активации тучных клеток или базофилов.

Лейкотриен C4 присутствует в жидкой фазе в течение 3–5 мин, при этом он превращается в лейкотриен D4. Лейкотриен D4 существует в последующие 15 мин, медленно превращаясь в лейкотриен E4.

Лейкотриены оказывают свое действие через рецепторы, относящиеся к группе пуриновых рецепторов семейства родопсиноподобных рецепторов, 7-кратно пронизывающих мембрану и связанных с протеином G.

Рецепторы лейкотриенов экспрессируются на клетках селезен-ки, лейкоцитах крови, кроме того, CysLT-R1 представлен на макрофагах, клетках кишечника, воздухоносного эпителия, а CysLT-R2 - на клетках надпочечников и головного мозга.

Цистеиниловые лейкотриены (особенно лейкотриен D4) вызывают спазм гладкой мускулатуры и регулируют локальный кровоток, снижая артериальное давление. Цистеиниловые лейкотриены - медиаторы аллергических реакций, в частности, медленной фазы бронхоспазма при бронхиальной астме.

Кроме того, они подавляют пролиферацию лимфоцитов и способствуют их дифференцировке.

Ранее комплекс этих факторов (лейкотриены C4, D4 и E4) называли медленнореагирующей субстанцией А. Лейкотриен B4 (дигидроксиэйкозатетраеновая кислота) проявляет хемотаксическое и активирующее действие преимущественно в отношении моноцитов, макрофагов, нейтрофилов, эозинофилов и даже Т-клеток.

Еще один продукт липоксигеназного пути - 5-гидроксиэйкозатетраеноат - менее активен, чем лейкотриены, но может служить хемоаттрактантом и активатором нейтрофилов и тучных клеток.

СЛАЙД 16

Простагландины (PG ) - С 20 -жирные кислоты, молекула которых содержит циклопентановое кольцо.

Варианты простагландинов, отличающиеся по типу и положению замещающих групп (окси-, гидрокси-), обозначаются различными буквами; цифры в названии означают число ненасыщенных связей в молекуле.

Простагландины накапливаются в очаге воспаления позже кининов и гистамина, несколько позже лейкотриенов, но одновременно с монокинами (через 6–24 ч после запуска воспаления).

Помимо вазоактивного и хемотаксического эффекта, достигаемого в кооперации с другими факторами, простагландины (особенно простагландин E2) оказывают регулирующее действие при воспалительных и иммунных процессах.

Экзогенный простагландин E2 вызывает некоторые проявления воспалительной реакции, но подавляет иммунный ответ и аллергические реакции.

Так, простагландин E2 снижает цитотоксическую активность макрофагов, нейтрофилов и лимфоцитов, пролиферацию лимфоцитов, выработку этими клетками цитокинов.

Он способствует дифференцировке незрелых лимфоцитов и клеток других кроветворных рядов.

Некоторые эффекты простагландина Е2 связаны с повышением уровня внутриклеточного цАМФ.

Простагландины E2 и D2 подавляют агрегацию тромбоцитов; простагландины F2 и D2 вызывают сокращение гладкой мускулатуры бронхов, тогда как простагландин E2 расслабляет ее.

СЛАЙД 17

Тромбоксан А2 (ТХА2 ) - С 20 -жирная кислота; в его молекуле есть 6-членное кислородсодержащее кольцо.

Это очень нестабильная молекула (время полужизни - 30 с), превращающаяся в неактивный тромбоксан В2.

Тромбоксан А2 вызывает сужение сосудов и бронхов, агрегацию тромбоцитов с высвобождением из них ферментов и других активных факторов, способствующих митогенезу лимфоцитов.

Другой продукт циклоксигеназного пути - простагландин I2 (простациклин) - тоже нестабилен. Он проявляет свое действие через цАМФ, сильно расширяет сосуды, увеличивает их проницаемость, ингибирует агрегацию тромбоцитов.

Наряду с пептидным фактором брадикинином простациклин вызывает ощущение боли при воспалении.

СЛАЙД 18

Цитокины

Похожая информация.

26.1. Общее понятие
Комплемент – сложный белковый комплекс сыворотки крови.
А. Система комплемента состоит из 30 белков (компонентов, или фракций, системы комплемента).
Б. Активируется система комплемента за счет каскадного процесса: продукт предыдущей реакции исполняет роль катализатора последующей реакции. Причем при активации фракции компонента происходит, у первых пяти компонентов, ее расщепление. Продукты этого расщепления и обозначаются как активные фракции системы комплемента.
1. Больший из фрагментов (обозначаемый буквой b), образовавшихся при расщеплении неактивной фракции, остается на поверхности клетки – активация комплемента всегда происходит на поверхности микробной клетки, но не собственных эукариотических клеток. Этот фрагмент приобретает свойства фермента и способность воздействовать на последующий компонент, активируя его.
2. Меньший фрагмент (обозначается буквой a) является растворимым и «уходит» в жидкую фазу, т.е. в сыворотку крови.
В. Фракции системы комплемента обозначаются по-разному.
1. Девять – открытых первыми – белков системы комплемента обозначаются буквой С (от английского слова complement) с соответствующей цифрой.
2. Остальные фракции системы комплемента обозначаются другими латинскими буквами или их сочетаниями.
Г. Значение комплемента для макроорганизма велико и разнообразно (подробнее – см. раздел 26.6).
1. Часть активных фракций системы комплемента являются протеазами.
2. Некоторые – связываются с комплексом антиген-антитело (иммунным комплексом).
3. Другие – активируют тучные клетки и, связанные с ними сосудистые реакции воспаления.
4. И, наконец, часть фракций комплемента осуществляет перфорацию оболочек бактериальных клеток.

26.2. Пути активации комплемента
Существуют три пути активации комплемента: классический, лектиновый и альтернативный.
А. Классический путь активации комплемента является основным. Участие в этом пути активации комплемента – главная функция антител.

Рис 26.2-2. Схема классического пути активации комплемента

1. Активацию комплемента по классическому пути запускает иммунный комплекс: комплекс антигена с иммуноглобулином (класса G – первых трех подклассов – или М). Место антитела может «занять» С-реактивный белок – такой комплекс также активирует комплемент по классическому пути.
2. Классический путь активации комплемента осуществляется следующим образом (рис 26.2-1).
а. Сначала активируется фракция С1: она собирается из трех субфракций (C1q, C1r, C1s) и превращается в фермент С1-эстеразу (С1qrs).
б. С1-эстераза расщепляет фракцию С4.
в. Активная фракция С4b ковалентно связывается с поверхностью микробных клеток (но не с собственными эукариотическими клетками макроорганизма) с здесь присоединяет к себе фракцию С2.
г. Фракция С2 в комплексе с фракцией С4b расщепляется С1-эстеразой с образованием активной фракции С2b.
д. Активные фракции С4b и С2b в один комплекс – С4bС2b – обладающий ферментативной активностью. Это так называемая С3-конвертаза классического пути.
е. С3-конвертаза расщепляет фракцию С3, нарабатываю большие количества активной фракции С3b.
ж. Активная фракция С3b присоединяется к комплексу С4bС2b и превращает его в С5-конвертазу (С4bС2bС3b).
з. С5-конвертаза расщепляет фракцию С5.
и. Появившаяся в результате этого активная фракция С5b присоединяет фракцию С6.
к. Комплекс С5bС6 присоединяет фракцию С7.
л. Комплекс С5bС6С7 встраивается в фосфолипидный бислой мембраны микробной клетки.
м. К этому комплексу присоединяется белок С8.
н. Будучи вместе со всем комплексом в фосфолипидный бислой мембраны микробной клетки, белок С8 катализирует полимеризацию 10 – 16 молекул белка С9. Данный полимер формирует в мембране микробной клетки неспадающую пору диаметром около 10 нм (рис 26.2-2)., что приводит к лизису микроба (так как на его поверхности образуется множество таких пор – «деятельность» одной единицы С3-конвертазы приводит к появлению около 1000 пор). Комплекс С5bС6С7С8С9, образующийся в результате активации комплемента, называется мемранатакующим комплексом (МАК).

Рис. 26.2-2. Схема образования МАК (слева) и результат активации комплемента – формирование поры в фосфолипидном бислое микробной мембраны, приводящей к осмотическому лизису микробной клетки (справа)

Рис 26.2-3. Схема лектинового пути активации комплемента

Б. Лектиновый путь активации комплемента запускается комплексом нормального белка сыворотки крови – маннансвязывающего лектина (МСЛ) – с углеводами поверхностных структур микробных клеток (с остатками маннозы). Активизирующаяся в результате этого процесса МСЛ-ассоциированная сериновая протеаза действует аналогично С1-эстеразе классического пути, по которому, собственно, и развиваются дальнейшие события, заканчивающиеся формированием МАК (рис. 26.2-3).
В. Альтернативный путь активации комплемента (рис. 26.2-4) начинается с ковалентного связывания активной фракции С3b – которая всегда присутствует в сыворотке крови в результате постоянно протекающего здесь спонтанного расщепления фракции С3 – с поверхностными молекулами не всех, но некоторых микроорганизмов.

Рис. 26.2-4. Схема альтернативного пути активации комплемента

1. Дальнейшие события развиваются следующим образом.
а. С3b связывает фактор В (который структурно и функционально гомологичен фактору С2), образуя комплекс С3bВ.
б. В связанном с С3b виде фактор В выступает в качестве сусбтрата для фактора D (сывороточной сериновой протеазы), которая расщепляет его с образованием активного комплекса С3bВb. Этот комплекс обладает ферментативной активностью, структурно и функционально гомологичен С3-конвертазе классического пути (С4bС2b) и называется С3-конвертазой альтернативного пути.
в. Сама по себе С3-конвертаза альтернативного пути нестабильна. Чтобы альтернативный путь активации комплемента успешно продолжался этот фермент стабилизируется фактором Р (пропердином).
г. То, что происходит дальше, аналогично классическому пути активации комплемента.
1. Нарабатывается много С3b и образуется комплекс С3bВbС3b, являющийся С5-конвертазой.
2. Активация С5 дает начало образованию мембранатакующего комплекса (см. разделы 26.2.А.2.и – 26.2.А.2.н).
2. Основное функциональное отличие альтернативного пути активации комплемента, по сравнению с классическим, заключается в быстроте ответа на патоген: так как не требуется время для накопления специфических антител и образования иммунных комплексов.
Г. Важно понимать, что и классический и альтернативный пути активации комплемента действуют параллельно, еще и амплифицируя (т.е. усиливая) друг друга. Другими словами комплемент активируется не «или по классическому или по альтернативному», а «и по классическому и по альтернативному» путям активации. Это, еще и с добавлением лектинового пути активации, – единый процесс (см. рис. 26.2-5), разные составляющие которого могут просто проявляться в разной степени.

26.3. Анафилотоксины
Активные фракции комплемента С3а и С5а называются анафилотоксинами, так как участвуют, помимо прочего, в аллергической реакции, называемой анафилаксия (см. ниже). Наиболее сильным анафилотоксином является С5а.
А. Анафилотоксины действуют на разные клетки и ткани макроорганизма.
1. Действие их на тучные клетки вызывает дегрануляцию последних.
2. Анафилотоксины действуют также на гладкие мышцы, вызывая их сокращение.
3. Действуют они и на стенку сосуда: вызывают активацию эндотелия и повышение его проницаемости, что создает условия для экстравазации из сосудистого русла жидкости и клеток крови в ходе развития воспалительной реакции.
Б. Корме того, анафилотоксины являются иммуномодуляторами, т.е. они выступают в роли регуляторов иммунного ответа.
1. С3а выступает в роли иммуносупрессора (т.е. подавляет иммунный ответ).
2. С5а является иммуностимулятором (т.е. усиливает иммунный ответ).

26.2-4. Общая схема активации комплемента

26.2-5. Схема, иллюстрирующая взаимосвязь путей активации комплемента

26.4. Рецепторы для компонентов комплемента
Фракции комплемента могут воздействовать на клетки макроорганизма лишь в том случае, если на последних существуют соответствующие рецепторы.
А. Фагоциты имеют рецептор для С3b. Этот рецептор обуславливает большую активности фагоцитов по отношению к опсонизированным микробами (а именно, к тем из них, на поверхности которых наличествует фракции С3b).
Б. Эритроциты обладают специфическими рецепторами для фракций С3b и С4b. Этими рецепторами эритроциты связывают соответствующие фракции комплемента в составе циркулирующих иммунных комплексов (ЦИК) и транспортируют эти комплексы к макрофагам селезенки и печени, которые, их уничтожают, осуществляя тем самым клиренс (т.е. очищение) крови от ЦИК.
В. На тучных клетках локализованы рецепторы к фракции С5а, через которые этот анафилатоксин активирует эти клетки и вызывает их дегрануляцию.
Г. Таким же рецептором обладают макрофаги, благодаря чему фракция С5а активирует и эти клетки.

26.5. Регуляция системы комплемента
В норме, в отсутствие во внутренней среде макроорганизма патогена, уровень спонтанной активности системы комплемента невысок. Каскадный механизм активации комплемента «запускается» активаторами, а регуляция его работы по типу «обратной связи» – ингибиторами, без которых каждый эпизод активации заканчивался бы полным истощением всей системы.
А. Активаторами системы комплемента являются молекулярные комплексы, располагающиеся на поверхности микроорганизма, и запускающие процесс активации комплемента по тому или иному пути. О них уже упоминалось выше (см. раздел 26.2).
1. Активаторами классического пути активации комплемента выступают два комплекса.
а. Иммунный комплекс (комплекс антиген-антитело).
б. Комплекс антигена с С-реактивным белком.
2. Активатором лектинового пути активации комплемента выступает комплекс нормального белка сыворотки крови – маннансвязывающего лектина (МСЛ) – с углеводами поверхностных структур микробных клеток (а именно – с остатками маннозы).
3. Активаторами альтернативного пути активации комплемента выступают два комплекса.
а. Комплекс (в результате ковалентного связывания) активной фракции С3b – которая всегда присутствует в сыворотке крови в результате постоянно протекающего здесь спонтанного расщепления фракции С3 – с поверхностными молекулами не всех, но некоторых микроорганизмов.
б. Агрегированные на поверхности микроба иммуноглобулины классов А и Е.
Б. Ингибиторы системы комплемента локализуются в сыворотке крови или на мембране клеток.
1. В сыворотке крови локализуются пять белков – ингибиторов системы комплемента.
а. С1-ингибитор (С1inh) инактивирует активную фракцию С1qrs (т.е. С1-эстеразу).
б. С4-связывающий протеин (C4BP) делает фактор С4b доступным для деградации фактором I.
в. Фактор Н – делает фактор С3b доступным для деградации фактором I.
г. Фактор I расщепляет С3b (в комплексе с фактором Н) и С4b (в комплексе с С4ВР).
д. Белок S связывается с комплексом С5bС6С7 и предотвращает дальнейшее образование мембранатакующего комплекса.
2. На клетках млекопитающих (и, соответственно человека) локализуются три белка – ингибитора системы комплемента.
а. DAF (decay-accelerating factor = фактор, ускоряющий распад) инактивирует С4bС2b (т.к. вместо С2 связывается с С4b).
б. МСР (мембранный кофактор протеолиза) делает фактор С3b доступным для деградации фактором I.
в. Протектин (обозначаемый также как молекула CD59) инактивирует белки мембранатакующего комплекса (препятствует С-опосредованному лизису собственных клеток)

26.6. Функции системы комплемента
Система комплемента играет очень важную роль в защите макроорганизма от патогенов.
А. Система комплемента участвует в инактивации микроорганизмов, в т.ч. опосредует действие на микробы антител.
Б. Активные фракции системы комплемента активируют фагоцитоз.
В. Активные фракции системы комплемента принимают участие в формировании воспалительной реакции.

26.7. Определение активности системы комплемента
Для определения активности комплемента в современных иммунологических лабораториях используют реакцию гемолиза и иммуноферментный анализ (ИФА), пришедший на смену реакции радиальной иммунодиффузии по Манчини.
А. Реакция гемолиза используется для определения титра комплемента и для измерения общей активности системы комплемента.
1. Титр комплемента определяется как максимальное разведение сыворотки крови, вызывающее лизис эритроцитов барана, нагруженных антиэритроцитарными антителами (так называемой гемсистемы).
2. Под общей активностью системы комплемента понимают количество комплемента, обеспечивающее лизис 50% эритроцитов гемсистемы (обозначается как СН50).
Б. Иммуноферментный анализ используется для определения концентрации в сыворотке крови отдельных компонентов системы комплемента (C1q, C1s, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, пропердина, фактора В, С1-ингибитора). Раньше концентрацию наиболее важных в функциональном отношении фракций системы комплемента (чаще – С3 и С4) определяли с помощью реакции иммунодиффузии по Манчини, но в современных лабораториях, оснащенных ИФА-анализаторами, с этой целью используют иммуноферментный анализ, значительно расширивший возможности оценки функционального состояния у пациента его системы комплемента.

Без регуляторных механизмов , действующих на многих этапах, система комплемента оказалась бы неэффективной; неограниченное расходование ее компонентов могло бы привести к тяжелым, потенциально смертельным повреждениям клеток и тканей организма. На первом этапе ингибитор С1 блокирует ферментативную активность Clr и Cls и, следовательно, расщепление С4 и С2. Активированный С2 сохраняется лишь короткое время, и его относительная нестабильность ограничивает время существования С42 и С423. Активирующий СЗ фермент альтернативного пути, С3bВb, также обладает коротким временем полувыведения, хотя связывание пропердина ферментным комплексом продлевает время существования комплекса.

В сыворотке присутствует инактиватор анафилатоксинов - фермент, отщепляющий N-концевой аргинин от С4а, С3а и С5а и тем самым резко снижающий их биологическую активность. Фактор I инактивирует C4b и С3b, фактор Н ускоряет инактивацию С3b фактором I, а аналогичный фактор, С4-связывающий белок (С4-сб), ускоряет расщепление С4b фактором I. Три конституциональных белка клеточных мембран - РК1, мембранный кофакторный белок и фактор, ускоряющий распад (ФУР) - разрушают С3- и С5-конвертазные комплексы, формирующиеся на этих мембранах.

Другие компоненты клеточных мембран - ассоциированные белки (среди которых наиболее изучен CD59) - могут связывать С8 или С8 и С9, что препятствует встраиванию мембраноатакующего комплекса (С5b6789). Некоторые белки сыворотки крови (среди которых наиболее изучены протеин S и кластерин) блокируют присоединение к клеточной мембране комплекса С5b67, связывание им С8 или С9 (т. е. образование полноценного мембраноатакующего комплекса) или как-то иначе препятствуют образованию и встраиванию этого комплекса.

Защитная роль комплемента

Нейтрализация вирусов антителами усиливается С1 и С4 и еще больше возрастает при фиксации С3b, образующегося по ходу классического или альтернативного пути. Таким образом, комплемент приобретает особую важность на ранних стадиях вирусной инфекции, когда количество антител еще невелико. Антитела и комплемент ограничивают инфектив-ность по крайней мере некоторых вирусов и за счет образования типичных комплементных «дыр», видимых при электронной микроскопии. Взаимодействие Clq с его рецептором опсонизирует мишень, т. е. облегчает ее фагоцитоз.

С4а, С3а и С5а фиксируются тучными клетками, которые начинают секретировать гистамин и другие медиаторы, приводя к расширению сосудов и характерным для воспаления отеку и гиперемии. Под влиянием С5а моноциты выделяют ФНО и ИЛ-1, усиливающие воспалительную реакцию. С5а - основной хемотактический фактор для нейтрофилов, моноцитов и эозинофилов, способных фагоцитировать микроорганизмы, опсонизированные С3b или продуктом его расщепления iC3b. Дальнейшая инактивация связанного с клеткой С3b, приводящая к появлению C3d, лишает его опсонизирующей активности, но способность его связывания с В-лимфоцитами сохраняется. Фиксация С3b на клетке-мишени облегчает ее лизис NK-клетками или макрофагами.

Связывание С3b с нерастворимыми иммунными комплексами солюбилизирует их, так как С3b, по-видимому, разрушает решетчатую структуру комплекса антиген-антитело. Одновременно появляется возможность взаимодействия этого комплекса с рецептором С3b (РК1) на эритроцитах, которые переносят комплекс в печень или селезенку, где он поглощается макрофагами. Этот феномен частично объясняет развитие сывороточной болезни (болезни иммунных комплексов) у лиц с недостаточностью С1, С4, С2 или С3.

А. Система комплемента участвует в инактивации микроорганизмов , в т.ч. опосредует действие на микробы антител.

Б. Активные фракции системы комплемента активируют фагоцитоз (опсонины - С3b и C5b).

В. Активные фракции системы комплемента принимают участие в формировании воспалительной реакции .

Действие их на тучные клетки вызывает дегрануляцию последних.

Анафилотоксины действуют также на гладкие мышцы, вызывая их сокращение.

Действуют они и на стенку сосуда: вызывают активацию эндотелия и повышение его проницаемости, что создает условия для экстравазации (выхода) из сосудистого русла жидкости и клеток крови в ходе развития воспалительной реакции.

С3а выступает в роли иммуносупрессора (т.е. подавляет иммунный ответ).

С5а является иммуностимулятором (т.е. усиливает иммунный ответ).

Комплекс С5bС6С7С8С9, образующийся в результате активации комплемента, называется мемранатакующим комплексом (МАК).

Для осуществления бактериолиза или цитолиза требуется активация компонентов комплемента от СЗ до С9 по классическому или альтернативному пути. В роли опсонинов выступают большие фрагменты СЗб, С4б - адсорбируясь на поверхности клеток, они усиливают фагоцитарную реакцию, способствуют иммунному прилипанию комплекса АГ-АТ-комплемент к поверсности иммунокомпетентных клеток (В-лимфоциты). Низкомолекулярныё фрагмента -полипептиды - СЗа, С5а способствуют высвобождению биогенных аминов (гистамина, серотонина) из тучных клеток, вызывают сокращение гладкой мускулатуры, повышают сосудистую проницаемость, вызывают хемотаксис нейтрофилов и моноцитов в очаг воспаления. Компоненты CI-C4 нейтрализуют некоторые вирусы. Синтез белков комплемента осуществляется клетками системы мононуклеарных фагоцитов, фибластов, печенью. У человека встречаются генетические дефекты по большинству компонентов комплемента. Клинически они проявляются в форме синдрома системной красной волчанки, рецидивирующих пиогенных инфекций, ангионевротическим отеком.

Данные о функциональной активности белков комплемента и их концентрации дают очень важную информацию о протекании заболевания, могут быть использованы для оценки тяжести течения, эффективности терапевтических мероприятий, прогноза заболевания.

Методы исследования системы комплемента

I. Определение общей гемолитической активности классического пути. Сыворотку крови разводят физиологическим раствором 1:10 и вносят в пробирки в объеме от 0,05 до. 0,5 мл. Объем проб доводят до 1,5 мл физиологическим раствором и вносят по 1,5 мл гемолитической системы (смесь равных объемов 3% взвесей бараньих эритроцитов и гемолитической сыворотки). Пробирки инкубируют при 37°С 45 минут,- охлаждают при 4°С для остановки реакции и центрифугируют при 1500 оборотов 4-5 минут. После центрифугирования определяют объем сыворотки, вызывающий лизис 50% сенсибилизированных эритроцитов (условную гемолитическую единицу активности комлемента - СН 50), затем рассчитывают количество СН 50 на мл цельной сыворотки. У здоровых людей титр комлемента (СН 50 на мл) составляет примерно 40-60 СН 50.

Гемолитическую активность альтернативного пути комлемента определятт также, но вместо сенсибилизированных бараньих эритроцитов используют несенсибилизированные кроличьи эритроциты и физиологический раствор, содержащий ионы Mg, но без Са для блокирования классического пути активации.

2.Определение функциональной активности отдельных компонентов. Этот метод позволяет определить численность функционально активных молекул в I мл сыворотки крови. Для этого к сенсибилизированным эритроцитам добавляют реагент на определенный компонент комплемента (в качестве реагента используют либо смесь компонентов комлемента, исключая искомый, либо сывоттку крови, лишенную активности этого компонента. Сыворотку для титрования компонентов классического пути разводят в 40-50 -раз, а альтернативного - в 5-7 раз. Таким образом можно уста­новить дефект определенных компонентов и определить профиль комплемента при различных заболеваниях.

3. Иммунохимическое определение концентрации компонентов комплемента. Данный метод исследования позволяет определить концентрацию каждого из белков комплемента, используя антисыворотки (антитела) к ним. Концентрация белков выражается в г\л. Для определения используют метод радиальной иммунодиффузии в arapе.

4 Определение активности комплемента и его компонентов методом радиального гемолиза в агаровом геле. Гемолитическую систему смешивают с расплавленным агаром в соотношении 1:7 и быстро выли­вают в стерильные чашки Петри. После застывания в агаре проделывают лунки диаметром 4.мм- (до 15 лунок на 1-ой чашке). Лунки заполняются испытуемыми сыворотками и помещают чашки в холодильник при 4°С на 21 час для диффузии белков комплемента в агар. Затем чашки помещают в термостат на 60 минут для проявления зон гемолиза. Критерием активности комплемента служит квадрат диаметра зон гемолиза.

«Московская государственная академия ветеринарной медицины

и биотехнологий им. К. И. Скрябина»

по дисциплине «Иммунология»

«Система комплемента. Функции компонентов системы, роль во врожденном и адаптивном иммунитете»

Выполнила:

студентка группы 3 курса

дневного отделения ФВМ

Москва 2008.

План:

Введение……………………………………………………………………….…………………………..3

Структура белков комплемента………………………………………………………………..……...….5

Активация комплемента………………………………………………………………………..……..…..6

Рецепторы комплемента…………………………………………………………..........................……..13

Биологические эффекты комплемента……………………………………………..…………………...15

Список используемой литературы……...…………………………………………...………………….20

Введение.

Термин «комплемент» первоначально применил Эрлих для описания «дополнительной», присутствующей в сыворотке активности, без которой специфичные антитела не могут лизировать бактерии. Комплемент впервые опи­сал Бухнер в 1889 г. под названием «алексин»- термолабильный фактор, в присутствии которого наблюдается ли­зис микробов. 1907 г. Феррата, диализуя сыворотку против подкисленной воды, установил, что белки комплемента можно разделить на две фракции: выпадающие в осадок эуглобулины и водорастворимую альбуминовую фракцию (псевдоглобулины). Активность комплемента проявлялась только в присутствии обеих фракций, названных тогда средней и концевой частями, а позднее - С"1 и С"2 компонентами. В последующем Сакс и Омороков обнаружили, что яд кобры инактивирует другой компонент комплемента (С"3), а Гордон установил, что следующий компонент (С"4) разрушается аммиаком. Последовательность открытия перечисленных компонентов комплемента не соответствует очередности их вступления в реакцию активации системы, и этим объясняется кажущаяся нелогичность ее современной номенклатуры.

Система комплемента - сложный комплекс белков, представленных глав­ным образом во фракции β-глобулинов, насчитывающий, включая регуляторные, около 20 компонентов, на долю которых приходится 10 % белков сыво­ротки крови.

Номенклатура системы комплемента.

Белки классического пути активации и лизирующего мембрану комплекса обозначены каждый своим номером и вступают в реакцию активации в следующем порядке: C1q, C1r, C1s, С4, С2, С3, С5, С6, С7, С8, С9. Среди них много предшественников ферментов - проферментов, которые приобретают активность только после расщепления. Обозначение активного фермента отличается от обозначения его неактивного предшественника надбуквенной чертой. Продукты расщепления обозначаются так же, как исходные компоненты комплемента, но с добавлением строчных букв - обычно для меньшего фрагмента - «а», а для большего - «b», например С3а и С3b. Из этого правила имеется одно исключение: С2b означает меньший, а С2а - больший фрагмент С2.

Белки альтернативного пути активации называют факторами и обозначают однобуквенными символами. В тексте слово фактор обычно сокращается до первой буквы F или вовсе опускается. Регуляторные белки чаще всего обозначают аббревиатурами названий их функциональной активности: например, белок, ускоряющий диссоциацию С3-конвертазы классического пути, имеет символ DAF (decay accelerating factor), или, по-русски, ФУД (фактор ускорения диссоциации).

Клеточные рецепторы, связывающие компоненты комплемента, названы по аббревиатурам своих лигандов (например, С5а-рецептор) или как маркерные молекулы в номенклатуре CD-системы. Отдельно пронумерованы рецепторы для главных фрагментов С3 как рецепторы комплемента типов 1, 2, 3 и 4 (CR1, CR2, CR3 и CR4). К сожалению, в результате этого некоторые рецепторы в современной литературе имеют по три синонима, например С3b-рецептор = CR1 = CD35.

Система комплемента относится к факторам врожденного иммунитета и включает в себя ряд белков, действующих последовательно, т. е. каскадом, в котором каждый фермент катализирует активность следующего. Наиболее важный компонент комплемента - это С3, присутствующий в плазме крови в той же концентрации (1-2 мг/мл), что и некоторые иммуноглобулины. Два главных пути активации комплемента отражают особенности его участия в реакциях врожденного и приобретенного иммунитета. Классический путь связан с приобретенным иммунитетом, поскольку белок C1q взаимодействует с антителами , образовавшими комплекс с антигеном. Альтернативный путь активации комплемента относится к механизмам врожденного иммунитета, начинаясь иммуноне специфическим связыванием С3b с поверхностью микроорганизма.

Активность отдельных компонентов комплемента in vivo можно проиллюстрировать на примерах расстройств, вызванных недостаточностью этих белков. У таких больных наблюдается повышенная восприимчивость к рецидивирующим гнойным бактериальным инфекциям, а также к заболеваниям, для которых характерно повышенное образование аутоантител и иммунных комплексов. Эти наблюдения свидетельствуют о необходимости комплемента как для антибактериальной защиты, так и для устранения иммунных комплексов, которые иначе способны вызывать аутоиммунные заболевания и болезни иммунных комплексов.

В результате активации комплемента при воспалении происходят:

Опсонизация микроорганизмов и иммунных комплексов;

Активация лейкоцитов;

Лизис клеток-мишеней.

Опсонизация Это стимуляция фагоцитоза в результате прикрепления белков комлемента к поверхности мишеней (микробов, иммунных комплексов и др.). Обладая рецепторами к опсонизирующим белкам, фагоцитарные клетки связывают мишени, что вызывает активацию фагоцитов и эндоцитоз или фагоцитоз мишеней.

Активация лейкоцитов Полиморфноядерные гранулоциты и макрофаги обладают специфическими рецепторами к мелким фрагментам белков комплемента, образующимся на поверхности мишеней в результате каскада протеолитических реакций. Диффундируя в окружающую среду, эти фрагменты привлекают фагоциты (направленное движение клеток, или хемотаксис) и, связываясь с ними, вызывают их активацию.

Лизис клеток-мишеней Протеолитический каскад комплемента завершается погружением гидрофобного «зонда» в липидный бислой мембраны клетки-мишени и ее последующим осмотическим разрывом и лизисом.

Комплемент способен отличать «свое» от «не-своего»

Относясь к факторам врожденного иммунитета, комплемент реализует механизмы, позволяющие отличать «свое» от «не-своего». Ключевой момент этой функции заключается в немедленном связывании С3b со всеми чужеродными объектами, будь то микроорганизмы или иммунные комплексы; поверхность собственных клеток организма защищена особыми молекулами, которые весьма эффективно ограничивают отложение С3b.

Структура белков комплемента.

Комплемент представляет собой си­стему каскадно-действующих пептид-гидролаз, получивших обозначение от С1 до С9. Установлено, что большая часть компонентов комплемента син­тезируется гепатоцитами и другими метками печени (около 90 %, СЗ, С6, С8, фактор В и др.), а также моноцита­ми/макрофагами (С1, С2, СЗ, С4, С5).

Белки системы комплемента относятся к различным суперсемействам. Белки, объединенные в одно суперсемейство - например иммуноглобулинов - имеют много общих структурных и функциональных свойств.

Классификация белков комплемента по суперсемействам позволяет лучше понять их структурные и функциональные взаимосвязи.

Например, суперсемейство регуляторных белков комплемента , называемых также регуляторами активации комплемента. К ним относятся:

Фактор Н - белок плазмы крови с молекулой удлиненной конфигурации;

С4-связывающий белок - гептамерный белок плазмы, молекула которого имеет паукообразную форму;

Фактор, ускоряющий диссоциацию С3-конвертазы (ФУД, CD55), - белок клеточной мембраны, закрепленный в ней на своеобразной гликофосфолипидной «ножке»;

Мембранный кофакторный белок (МКБ, CD46) - трансмембранный белок, действующий как кофактор расщепления С3b:

Рецепторы комплемента 1 типа (CR1, CD35) и 2 типа (CR2, CD21) - клеточные рецепторы, имеющие трансмембранные домены.

Семейство регуляторных белков комплемента кодирует группа тесно сцепленных генов, расположенных в хромосоме 1. При очевидных различиях структуры все эти белки содержат одинаковый домен, состоящий примерно из 60 аминокислотных остатков и названный коротким общим повтором. Этот домен может много раз встречаться в структуре каждой молекулы, образуя ее каркас и, возможно, определяя специфичность связывания. Синтез этих белков кодируют гомологичные, тандемно расположенные экзоны.

Составляющие это семейство шесть белков выполняют также ряд общих функций в активации комплемента: фактор Н, С4-bр, ФУД, МКБ и CR1 подавляют образование комплексов С4b2а и С3bВb, т. е. С3-конвертаз классического и альтернативного путей активации. Некоторые из этих белков имеют и другие общие функции, но не идентичные, а лишь частично перекрывающиеся. Такие функции включают: подавление связывания С2 с С4b и фактора В с С3b, индукцию диссоциации С2а от С4b и Вb от С3b, действие в качестве кофакторов фактора I - фермента, ответственного за катаболизм С3b и С4b.

Следует отметить, что короткие общие повторы имеются и в других белках, которые, однако, не взаимодействуют с белками комплемента; это рецептор для ИЛ-2, β 2 -гликопротеин I и фактор XIII системы свертывания крови.

Структура большинства белков комплемента «мозаична». Молекулярная основа родства белков внутри раз ных семейств становится яснее благодаря клони рованию их генов. По современным представле ниям, в ходе эволюции происходила многократ ная дупликация экзонов и их «перетасовка» меж ду различными генами. Находясь одновременно в составе разных генов, эти дуплицированные сегменты ДНК эволюционировали параллельно вательность и функцию, хотя в ряде случаев активность утрачена или приобретена новая .

Многие белки комплемента представляют собой «мозаику» из продуктов экзонов, относящихся к генам разных суперсемейств. Так, C1s, фермент классического пути, содержит участки аминокислотной последовательности из сериновой эстеразы и рецептора для липопротеинов низкой плотности, а также короткий общий повтор, встречающийся в суперсемействе регуляторных белков комплемента. Точно так же, С6, С7, С8 и С9 - компоненты лизирующего мембрану комплекса - имеют общие свойства с перфорином цитотоксических Т-лимфоцитов и катионным белком эозинофилов.

Активация комплемента.

Существует три пути (механизма) активации комплемента: классический, лектиновый и альтернативный. Все они ведут к образованию конвертазы, расщепляющей С3 на С3а и С3b, - центральный момент любого из каскадов комплемента (рис. 1).

У позвоночных усложнение системы комплемента шло параллельно с повышением общего уровня организации, тканевой дифференцировки и совершенствования реакций врожденного и приобретенного иммунитета. Однако уже у круглоротых (миног и миксин) - низшего таксона ныне живущих позвоночных - система комплемента представлена альтернативным и лектиновым путями, а у эволюционно более продвинутых хрящевых рыб впервые появляется классический путь активации комплемента.

Конвертаза классического и лектинового путей представляет собой комбинацию фрагментов С4 и С2 - С4b2а, тогда как конвертаза альтернативного пути - это комплекс С3 с FB - С3bВb. Фрагмент С3b, который отщепляют от С3 обе конвертазы, связывается с мембраной мишени и становится фокусом дополнительного образования С3b - эта ступень каскада получила название петля усиления.

Рис. 1. Сопоставление классического и альтернативного путей активации комплемента

Активация комплемента как по классическому, так и по альтернативному пути приводит к появлению С3 конвертазы, которая превращает С3 в С3b, и эта конверсия - центральное событие всего каскада. В свою очередь, С3b активирует цепочку концевых компонентов комплемента (С5-С9), образующих литический комплекс. При активации по классическому пути сначала антиген связывается со специфическими антителами и только затем происходит фиксация С3. В альтернативной активации антитела не участвуют. Она начинается ковалентным связыванием С3b с гидроксильными группами на цитоплазматической мембране микробной клетки. Активация по альтернативному пути служит механизмом неспецифического врожденного иммунитета, тогда как классический путь представляет собой связующее звено между врожденным и приобретенным иммунитетом, появившееся в филогенезе сравнительно недавно.

Присоединяя дополнительно молекулу С3b, обе С3-конвертазы могут превращаться в конвертазу С5, которая функционирует как катализатор на первой ступени каскада, ведущего к образованию лизирующего мембрану комплекса.

Классический путь активации комплемента.

Классический путь активации комплемента чаще всего запускается иммунными комплексами; роль первого ферментного комплекса в нем выполняет белок С1 (табл.1).

Активацию инициирует связывание С1 с антителами в составе иммунных комплексов. Ферментный комплекс С1 состоит из 5 молекул - одной C1q, двух C1r и двух С1s; их соединение зависит от Са 2+ . Первая ступень каскада активации по классическому пути - это связывание антитела не менее чем с двумя из шести сферических доменов молекулы C1q. С1q состоит из 18 по­липептидных цепей трех типов (по 6 цепей А-, В- и С-типов). Все 18 цепей своими коллагеноподобными N-концами (78 остатков аминокислот) образуют канатообразную спирально закручен­ную структуру, от которой расходятся в разные стороны С-концевые участки цепей (103-108 аминокислотных ос­татков), завершающиеся глобулярными головками, которые могут взаимодей­ствовать с комплементсвязывающими участками Сн2-доменами (части Fc-областей) агрегированных молекул IgG в составе комплекса с антигеном. Молекулы C1q могут также связываться СнЗ-доменами неагрегированной молекулы IgM, конформация которой изменилась с «плоской» на «сложенную» в результате образования комплекса с антигеном.

Предполагается, что многоточечное связывание сферических доменов C1q с входящими в иммунные комплексы молекулами IgG или IgM ведет к изменению конформации всего комплекса С1, вызывая автокаталитическую самоактивацию сначала одной, а затем и другой молекул C1r с превращением их в две молекулы активного фермента C1r, которые расщепляют обе молекулы С1s c образованием соответственно двух молекул C1s, обладающих активностью сериновой эстеразы.

Табл. 1. Активаторы комплемента.

Лектиновый путь активации комплемента.

Он почти идентичен классическому, но запускается независимо от антител.

Белок C1q относится к семейству кальций-зависимых лектинов, названных коллектинами (коллагеновые лектины). В это же семейство белков входят маннан-связывающий лектин (МСЛ), называемый иначе маннан-связывающим белком (маннозосвязывающий белок, МСБ), конглютинин и легочные поверхностноактивные белки А и D. Сывороточный МСЛ может связываться с концевыми маннановыми группами на поверхности клеток бактерий, приобретая за счет этого способность к взаимодействию с двумя маннан-связывающими лектин-ассоциированными сериновыми протеиназами, МАСП1 и МАСП2, гомологичными по структуре С1r и С1s. Это взаимодействие подобно взаимодействию C1qcC1rnC1sn приводит к независимой от антител активации комплемента по классическому пути.

Кроме того, C1q связывается непосредственно, т.е. без участия антител, с некоторыми микробами , в частности с микоплазмами и рядом ретровирусов (но не ВИЧ).

Под действием С1 происходит расщепление С4 с образованием активированного С4b

Белок С4 комплемента содержит внутреннюю тиоэфирную связь, участок расположения которой высокогомологичен тиоэфир-содержашему участку С3. При расщеплении С4 под действием C1s возникает два фрагмента: С4а. обладающий слабой анафилатоксической активностью, и более крупный (нестабильный, промежуточный), С4b*. (Звездочка указывает на нестабильное состояние молекулы, в которой активирован участок связывания). В течение нескольких миллисекунд С4b* подвергается атаке расположенных в непосредственной близости нуклеофильных групп. Большинство молекул С4b* гидролизуется с образованием инактивированного iC4b. Однако С4b* может образовывать ковалентные связи с амино- или гидроксигруппами молекул клеточной мембраны, превращаясь в связанный на поверхности С4b.

Известны два изотипа С4 - С4А и С4В. Их кодируют расположенные тандемно гены главного комплекса гистосовместимости. Активированный С4А взаимодействует преимущественно с аминогруппами, а С4В - с гидроксируппами, образуя соответственно амидные и эфирные связи. Таким образом, С4А связывается в основном с белками, а С4В с углеводами.

Связанный на клеточной поверхности С4b становится, в свою очередь, участком связывания для профермента С2 (в присутствии Мg 2+) . Связанный С2 служит субстратом для С1s, который расщепляет его с освобождением С2b, при этом более крупный фрагмент, С2а, остается присоединенным к С4b, в результате чего образуется С4b2а - ферментный комплекс, называемый С3-конвертазой классического пути.

Полипептид С3 относится к белкам с необычными посттрансляционными изменениями структуры. Расположенные на близком расстоянии остатки цистеина и глутамина образуют за счет элиминации аммиака метастабильную внутреннюю тиоэфирную связь. Электрофильная (акцептирующая электроны) карбонильная группа (-С + =0) этого тиоэфира чувствительна к атаке нуклеофильных групп (доноры электронов), в том числе амино- и гидроксигрупп приближающихся белковых и углеводных молекул. Таким образом, С3 способен ковалентно связываться с этими молекулами.

Протеолитическое отщепление С3а от N - конца α-цепи С3 под действием С3-конвертазы приводит к конформационному изменению оставшейся части молекулы (т.е. С3b*), делающему внутреннюю тиоэфирную связь весьма нестабильной. Она становится новым участком связывания внутри С3b*, способным очень активно взаимодействовать с находящимися вблизи нуклеофильными группами. Как и в случае С4b*, большая часть молекул С3b* подвергается гидролизу, однако некоторые молекулы связываются с белками и углеводами, находящимися в непосредственной близости от места активации. Поскольку С3-конвертаза обычно образуется на чужеродной поверхности или на иммунных комплексах, С3b накапливается в основном там же. Затем связанный С3b становится фокусом дальнейшей активации комплемента по так называемой петле усиления альтернативного пути (рис. 2).

Рис. 2. Классический путь активации комплемента

Существует два механизма регуляции классического пути активации комплемента в жидкой фазе. Первый - это действие С1-ингибитора, т.е. ингибитора сериновых протеиназ (серпина), связываюшего и инактивирующего С1r и С1s.

Второй механизм состоит в подавлении образования С3-конвертазы классического пути, С4b2а. В жидкой фазе так действуют фактор I и С4-связывающий белок (С4-bр), вместе расщепляющие С4b. Кроме того, С4-bр вызывает диссоциацию С4b2а на С2а и С4b.

Активация по классическому пути регулируется также путем подавления взаимодействия комплемента с поверхностью клеток хозяина. Ингибирование осуществляют регуляторные белки комплемента: фактор, ускоряющий диссоциацию С3-конвертазы (ФУД, CD55), рецепторы комплемента 1 типа (CR1, CD35) и мембранный кофакторный белок (МКБ, CD46). Эти белки действуют следующим образом:

Подавляют связывание С2 с С4b (ФУД или CR1);

Вызывают и ускоряют диссоциацию С4b2а на С2а и С4b (ФУД и CR1);

Действуют как кофакторы, стимулируя катаболизм С4b под действием фактора I (МКБ или CR1).

Существует самопроизвольная активация комплемента по альтернативному пути. «Холостая» альтернативная активацию комплемента постоянно поддерживает в плазме крови небольшую концентрацию С3b*.

Внутренняя тиоэфирная связь в нативной молекуле С3 чувствительна к спонтанному гидролизу с превращением в активированную форму - C3i. (Эта постоянная, происходящая на низком уровне, самопроизвольная активация С3 в плазме крови называется «холостой».) Образующийся C3i связывает фактор В с образованием C3iB (рис. 3). Аналогичным образом, С2 связывается с С4b (рис. 4).Связанный фактор В расщепляется фактором D с высвобождением Ва. Оставшийся комплекс C3iBb представляет собой жидкофазную С3-конвертазу альтернативного пут, расщепляющую С3 на С3а и С3b. Запуск петли усиления альтернативного пути связанным на поверхности аутологичных клеток С3b предотвращают регуляторные белки комплемента.

Поскольку С3-конвертаза альтернативного пути действует в жидкой фазе, большая часть образовавшегося в результате ее активности С3b* гидролизуется и инактивируется водой. Однако в случае контакта с чужеродной поверхностью, в частности с мембраной бактериальной клетки, С3b* ковалентно связывается и инициирует действие петли усиления альтернативного пути. Общая схема взаимодействия компонентов комплемента при активации по классическому, лектиновому и альтернативному механизмам представлена на рис. 4.

Как классический, так и альтернативный путь активации комплемента приводит к появлению С3-конвертазы: С4b2а и С3bВb соответственно. Классический путь начинается с активации Cis комплексом антиген-антитело и последующего расщепления активированным С1s компонентов С4 и С2. фрагменты меньшего размера , С4а и С2b, высвобождаются, а более крупные образуют С4b2а. Компоненты С4 и С2 могут быть активированы также МАСП (маннан-связывающей лектин-ассоциированной сериновой протеиназой) - белком лектинового пути, аналогичным Cis, и МСЛ (сывороточным маннан-связывающим лектином). На первых этапах альтернативного пути возникший в результате «холостой» активации и связавшийся с поверхностью белок С3b соединяется с фактором В, от которого фактор D отщепляет меньший фрагмент - Ва. Больший фрагмент В, т.е. Вb, остается связанным с С3b, образуя С3bВb - С3-конвертазу, которая расщепляет дополнительное количество молекул С3 (механизм положительной обратной связи). Поверхность, активирующая комплемент (например, микроорганизмов), стабилизирует С3b, обеспечивая его связывание с фактором В. Это способствует дальнейшей альтернативной активации комплемента. С3-конвертазы классического и альтернативного путей могут дополнительно присоединять С3b, образуя ферментные комплексы, называемые С5-конвертазами (С4b2аЗb и С3bВbЗb соответственно), которые активируют следующий компонент системы комплемента - С5.

Поверхности, интенсивно активирующие комплемент, названы защитными, поскольку связанный с ними С3b защищен от протеолиза. Чужеродная поверхность, подобная мембране бактериальной клетки, «защищает» С3, поскольку, связавшись с ней, он проявляет более высокую афферентнность к фактору В, чем к фактору Н, и образует, вероятно, более стабильную конвертазу. Кроме того, на чужеродной поверхности отсутствуют регуляторные белки организма-хозяина, ингибирующие активацию комплемента.

Рис.4 Аналогичные этапы активации комплемента по классическому, лектиновому и альтернативному механизмам

Хотя не совсем ясно, каковы конкретные структурные характеристики, необходимые для того, чтобы поверхность была защитной, особое значение имеет, по-видимому, ее углеводный состав. Например, присутствие кислых сахаров, в частности сиаловой кислоты, способствует, по-видимому, защите мембраны собственных клеток организма от повышенного отложения С3b.

За первоначальным прикреплением одной молекулы С3b к «защитной» поверхности следует стадия амплификации, в результате которой в том же месте фиксируется много дополнительных молекул С3b. Ключевым моментом для быстрого накопления С3b служит образование мембраносвязанной С3-конвертазы.

«Петля усиления»

Петля усиления - это механизм положительной обратной связи в активации комплемента по альтернативному пути.

Связанный с поверхностью С3b присоединяет фактор В. Образовавшийся С3bВ становится субстратом для фактора D - сериновой эстеразы, отщепляющей от фактора В небольшой фрагмент, Ва.. Остающийся на поверхности комплекс С3bВb весьма быстро диссоциирует, если не будет стабилизирован в результате связывания пропердина (Р) с образованием комплекса С3bВbР, представляющего собой связанную с поверхностью С3-конвертазу альтернативного пути.

Комплекс С3bВbР расщепляет много все новых молекул С3. Поскольку конвертаза локализована на «защитной» поверхности, образующиеся молекулы С3b* будут связываться именно там, а не в каком-либо ином месте (рис. 5).

Петля усиления функционирует и в том случае , когда С3b фиксируется на поверхности в результате классической (зависимой от антител) активации комплемента.

Рис.5. «Петля усиления»

Альтернативная активация в жидкой фазе, когда С3b не связан с поверхностью, жестко регулируется белками, подобными или идентичными тем, которые «сдерживают» классическую активацию комплемента. Гомологичный С4-связывающему белку фактор Н, ген которого входит в кластер RCA, вызывает диссоциацию Вb из его комплексов с C3i или С3b, а также действует в качестве кофактора при катаболизировании C3i и С3b с участием фактора I до С3с и С3dg.

Регуляция механизма усиления чрезвычайно важна для организма. Если она не функционирует, усиление (как циклический процесс, протекающий по принципу положительной обратной связи) идет до полного расщепления всех молекул С3. (Впервые это наблюдали у больного с наследственным дефицитом регуляторного фермента - фактора I. В отсутствие фактора I петля усиления действует вплоть до превращения всех молекул С3 сыворотки больного в С3b).

На мембранах собственных клеток организма как ФУД, так и CR1 ускоряют диссоциацию комплекса С3bВb с высвобождением С3b. И CR1, и МКБ действуют как кофакторы расщепления С3b фактором I. Полностью аналогичным образом ФУД, МКБ и CR1 регулируют активность С4b2а (С3-конвертазы классического пути), когда она связана с клеточными мембранами.

Таким образом, судьба связанного на поверхности С3b - это наиболее важный этап в том неспецифическом механизме, с помощью которого система комплемента отличает «свое» от «несвоего». Для связанного С3b существуют две возможности:

Усиление: С3b связывает фактор В с образованием конвертазы, которая вызывает фиксацию все новых молекул С3b на той же самой поверхности.

Подавление: С3b расщепляется фактором I при участии одного из трех кофакторов: фактора Н (из плазмы), CR1 или МКБ (связанного на поверхности).

Какая из этих возможностей реализуется, зависит от природы поверхности, связавшей С3b. Присутствие на аутологичной (в частности, клеточной) поверхности собственных молекул, таких как ФУД, CR1 и МКБ, эффективно ограничивает образование С3-конвертаз. Напротив, чужеродная поверхность, например мембрана бактериальной клетки, обеспечивает «защиту» для С3b, так как именно на ней фактор В имеет большую афферентность к С3b, чем фактор Н. В результате фиксация всего нескольких молекул С3b приводит к образованию относительно стабильной С3-конвертазы альтернативного пути - С3bВbР, ферментного комплекса, который вызывает связывание все новых молекул С3b в том же участке.

Конечная фаза активации комплемента это образование лизирующего мембрану комплекса.

Каскад реакций активации комплемента завершается образованием литического комплекса (лизируюший, или атакующий, мембрану комплекс, ЛМК) в результате ферментативного расщепления С5 - белка, гомологичного С3 и С4, но не содержащего внутренней тиоэфирной связи.

Прежде чем подвергнуться расщеплению С5-конвертазой, С5 избирательно связывается с С3b в ее составе. С5-конвертаза классического пути - это трехмолекулярный комплекс, С4b2аЗb, в котором С3b, ковалентно присоединенный к С4b, обладает более высокой константой связывания с С5, чем С3b, связанный с другими молекулами клеточной поверхности. С5-конвертаза альтернативного пути представляет собой также трехмолекулярный комплекс - С3bВbЗb, в котором один С3b ковалентно связан с другим. При расщеплении С5 высвобождается небольшой пептидный фрагмент С5а - высокоактивный анафилатоксин.

Лизирующий мембрану комплекс образуется путем неферментативной сборки С5b-9

Последующее формирование ЛМК происходит без участия ферментов. Компонент С5b связывается с С6 с образованием С5b6, который взаимодействует с С7, образуя комплекс С5b67. В результате связывания С7 гидрофильный С5b6 превращается в гидрофобный комплекс С5b67, способный преимущественно встраиваться в липидный бислой. К этому комплексу присоединяется С8 и затем последовательно до 14 мономеров С9. В результате формируется литический «зонд», или порообразующая молекула, первые электронные микрофотографии которой получили Хамфри и Дурмашкин. Хотя после присоединения С8 к С5b67 комплекс уже проявляет незначительную литическую активность, полное ее развитие зависит от полимеризованного С9.

Сформированный гидрофобный комплекс С5b67 способен самопроизвольно внедряться в мембраны других клеток, расположенных вблизи от клеточной поверхности , где происходит первичная активация комплемента. Этот процесс «реактивного лизиса» в отсутствие регуляции способен принести вред собственным тканям организма. Ряд белков может угнетать «реактивный лизис» путем связывания с С5b67 в жидкой фазе, прежде чем произойдет его фиксация на мембранах собственных клеток организма. Из таких белков в плазме крови в наибольшей концентрации содержится S-белок, или витронектин. Образуемый им комплекс SC5b67 лишен способности внедряться в двойной липидный слой; такая способность отсутствует также и у комплекса С5b678, поскольку он связывается с липопротеинами низкой плотности (ЛПНП), если присоединение С8 к С5b67 происходит в жидкой фазе.

Мембрана клеток организма-хозяина содержит белки, защищающие ее от лизиса под действием ЛМК.

Эритроциты, как в свое время было установлено, легко лизируются гетерологичным комплементом и труднее - гомологичным. Основа такой видовой рестрикции стала понятной после открытия особых мембранных белков, которые защищают клетки собственного организма от лизиса под действием ЛМК. Два таких белка уже подробно изучены. Первый из них - это CD59, заякоренный гликофосфолипидной «ножкой» в мембранах многих клеток белок. Он связывается с С8 в составе комплекса С5b-8 и подавляет погружение и развертывание С9 в клеточной мембране. Второй белок - фактор гомологичной рестрикции (ФГР), проявляющий ту же активность, что и CD59, но при этом более слабый ингибитор внедрения в мембрану С9. ФГР (мол. масса 65 кДа) также связан с мембраной гликофосфолипидом; его аминокислотная последовательность пока не установлена.

Примечательно, что клетки, имеющие ядро, в частности клетки собственной иммунной системы организма, более эритроцитов устойчивы к комплемент-зависимому лизису благодаря способности активно удалять ЛМК путем эндоцитоза и экзоцитоза тех фрагментов мембраны, в которые он проник.