HLA комплекс - Human Leukocytes Antigens

Введение.

       Развитие  медицины на некотором этапе  показало зависимость процессов,  протекающих в организме от  особенностей генетического строения. Как выяснилось, закономерность  этих процессов заложена в  структуре молекулы ДНК. Изучая  такие закономерности, можно прогнозировать  заболевания, определять риск  и предрасположенность к данному  заболеванию, разрабатывать профилактические  мероприятия. Весьма распространенными  заболеваниями являются инфекционные, поэтому их изучение имеет  значительное практическое применение. В данной работе изучается  зависимость наличия тех или  иных совокупностей генов и  ряда инфекционных заболеваний.

       Открытие  и исследование системы гистосовместимости человека HLA (Human Leukocyte Antigen - человеческий антиген лейкоцитов) является одним из важнейших достижений медицины и биологии ХХ века. Знания в этой области накапливаются чрезвычайно быстро. Так, первый антиген системы HLA-MAK - был открыт в 1954 г. Доссе, а в настоящее время уже установлено более 100 антигенов. Система HLA является одной из наиболее изученных среди сложных генетических систем человека. Столь быстрые темпы накопления знаний обусловлены значением изучения данной системы для решения таких важных проблем медицины, как трансплантация органов и тканей, борьба с онкологическими и аутоиммунными заболеваниями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HLA комплекс - Human Leukocytes Antigens  

Закономерности процессов, протекающих в организме, заложены в структуре ДНК. То же самое касается иммунного ответа человека - его  интенсивность и специфичность  кодируется генетически. И заведуют этим гены HLA комплекса, локализованного  на коротком плече 6 хромосомы человека, и открытие которых связано с  работами Ж. Доссе в 50-годы прошлого столетия. Иммунная система человека постоянно контролирует процессы распознавания своего и чужеродного, а также процессы уничтожения чужеродных антигенов. Именно антигенное распознавание и антигенсвязывающую структуру кодируют гены главного комплекса гистосовместимости HLA (от английского Human Leukocytes Antigens)  

HLA комплекс состоит из  трех групп генов I, II и III классов,  которые реализуют свой эффект  в ходе межклеточных взаимодействий  путем формирования макромолекулярного  комплекса из распознаваемых  антигенов, собственно HLA молекул  и Т-клеточного рецептора. Сами HLA молекулы располагаются на поверхности клеток иммунной системы и во многом определяют их функциональную активность, обладая рецепторными свойствами, молекулы HLA распознают антигены и активизируют работу специализированных субпопуляций иммунокомпетентных клеток.

Антигены гистосовместимости (HLA-комплекс) – система человека, состоящей из комплекса генов и их продуктов (антигенов), выполняющая различные биологические функции, и в первую очередь обеспечивающих генетический контроль иммунного ответа и взаимодействие между собой клеток, которые реализуют этот ответ. Название HLA (Human Leucocyte Antigens) было дано, поскольку эти молекулы (антигены) наиболее полно представлены на поверхности лейкоцитов и каждый индивидум имеет свой уникальный набор антигенов HLA. Типирование тканей по этим антигенам проводят на мембранах лимфоцитов, выделяя их из крови.  
Антигены - Human Leucocyte Antigens (HLA) кодируются генами главного комплекса гистосовместимости (MHC – major histocompatibility complex).

 

 

 

 

 

Сведения о  строении комплекса гистосовместимости HLA.

 Методом хромосомной  гибридизации установлено, что  система HLA локализуется на коротком  плече 6 аутосомной хромосомы человека.

 Схематически строение  системы HLA представлено на рис.1. Размер комплекса HLA составляет 2 сантиморгана ( единицы рекомбинации). Линейная последовательность и расстояние между локусами представлены в kb (тысячах пар нуклеотидных последовательностей).

Молекулярные классы HLA-региона  – молекулы, кодируемые HLA-областью, разделены на три класса: I, II и III. Молекулы I класса – HLA-A, HLA-B и HLA-C – кодируются тремя отдельными парами генных локусов. Антигены I класса, впервые найденные  на лейкоцитах (отсюда термин HLA), экспрессируются (синтезируются и выводятся на клеточную поверхность) почти во всех тканях (продукт четвертого локуса I класса, HLA-G, экспрессируется только в трофобласте). Молекулы I класса играют важную роль при распознавании антигена цитотоксическими T-клетками (CD8). Молекулы II класса кодируются тремя или более генными локусами (DR, DP и DQ). HLA-DR антигены известны также как Ia антигены по аналогии с антигенами иммунного ответа у мышей.

В последнее время особое внимание исследователей привлекает область HLA-D, так как, по-видимому, именно эта  область включает гены иммунного  ответа человека (IR - гены), и, возможно, супрессивный ген (IS- ген).

В 6 хромосоме между генами I и II классов находятся гены, кодирующие молекулы III класса (которые включают факторы комплемента 2, 4a и 4b) и цитокины TNFα и TNFβ.

Структура комплекса HLA является довольно компактной, чем и объясняется  относительно редкая частота рекомбинаций. В комплексе HLA содержится около 105-106 генов, т.е. приблизительно 1/1000 общего генофонда человека.

 

 Структура  антигенов HLA.

Продуктами системы HLA являются антигены I и II классов. К I классу относят  антигены HLA локусов A, B, C, а ко II –  продукты области HLA-D. Это деление  основано на различии в их биохимическом  строении, а, следовательно, и на функциональных свойствах.

 Антигены I класса явяются мембранными гликопротеинами, состоящими из двух частей: глигозилированной полипептидной тяжелой цепи с молекулярной массой 44000 и b2-микроглобулина с молекулярной массой 12000. Молекулы HLA II класса также являются гликопротеинами (см. рис.3), но состоят из двух нековалентно соединенных цепей a и b с молекулярной массой 34000 и 29000 соответственно.

Антигены I класса содержатся почти на всех клетках органов  и тканей организма, включая тромбоциты и стволовые гемопоэтические  клетки. Антигены II класса имеют более  ограниченное распространение, они  выражены преимущественно на макрофагах, В-лимфоцитах, активированных Т-клетках  и клетках-предшественниках гемопоэза .

 Методы исследований  антигенов

 Определение лекоцитарных антигенов в настоящее время осуществляется в основном с помощью микролимфоцитотоксического теста с использованием специальных антисывороток к антигенам HLA. Клинически необходимая достоверность идентификации антигенов требует, чтобы определение каждого антигена проводилось «батареей» анти- HLA- сывороток. Источниками антисывороток к антигенам системы HLA могут являться: 1) Женщины, проходящие естественную иммунизацию антигенами плода в период беременности; 2) Волонтёры, подвергавшиеся направленной искусственной иммунизации тканями с определённой антигенной специфичностью; 3) Лица, получавшие по разным причинам многочисленные гемотрансфузии.

 

Биологическая роль системы HLA.

HLA выполняет в организме  важные биологические функции.  Первоначально полагали, что HLA имеет  лишь непосредственное отношение  к трансплантации органов и  тканей. Действительно, накопленные  данные по трансплантации аллогенной  почки и других органов с  учётом антигенов гистосовместимости дают основание считать этот комплекс главным в развитии трансплантационных реакций

Дальнейшие исследования убедительно показали, что биологическая  роль HLA гораздо шире. Начиная с 1975 года, получены важные данные о связи  системы HLA с возникновением и течением различных заболеваний. С помощью HLA-типирования удалось подтвердить  общность некоторых расстройств  или по-новому подойти к вопросу  их классификации. Сделан важный вывод, что в организме человека имеются  различные группы антигенов HLA ассоциируемых  с заболеваниями. Одни из них связаны  с резистентностью или, наоборот, с восприимчивостью, а также со сроками возникновения болезней, другие с остротой их течения и, наконец, третьи – с продолжительностью жизни больных.

 

Система HLA и инфекционные заболевания.

Проблема определения  генетических признаков восприимчивости  к заболеваниям является одной из ведущих в современной иммунологии  и иммуногенетике. Усилия исследователей, осуществляющих поиски в этом направлении, увенчались успехом прежде всего благодаря открытию генов так называемого «иммунного ответа» и тканевой совместимости. Исключительный полиморфизм системы HLA наводит на мысль о её роли как своеобразного механизма защиты от чужеродных агентов в организме, в том числе микробного и вирусного происхождения. Вот почему с появлением типирующих сывороток начался интенсивный поиск взаимосвязей между антигенами HLA и болезнями. К этому времени были сформулированы гипотезы, объясняющие механизмы возможной ассоциации системы HLA с заболеваниями, связь генов HLA с другими генами, в частности с генами иммунного ответа.

 

 Теории и  гипотезы, объясняющие механизмы  ассоциации системы HLA с заболеваниями

 Рецепторная теория. Согласно  этой теории, антигены HLA могут быть  своеобразными рецепторами для  патогенных вирусов, к которым  они могут прикрепляться и  повреждать клетку. Моделью для  проверки этой гипотезы послужило  действие вируса на нормальные  фибробласты и соматические гибридные  клетки. Известно, что при соматической  гибридизации клеток человек  – мышь происходит постепенная  утрата хромосом клеток человека, в частности хромосомы С6, на которой расположены гены HLA. Исходные фибропласты человека чувствительны к полиовирусу II, Коксаки В3 и вирусу Эхо, а клетки мышей резистентны к ним. После скрещивания клеток репликация вируса имела место как до утраты антигенов HLA, так и после неё. Ещё одним фактом, противоречащим рецепторной теории, является то, что некоторые вирусы, например вирусы кори, могу вызвать заболевание практически у любого человека. Эти данные свидетельствуют о том, что антигены системы HLA не являются рецепторами для вирусов.

 Теория молекулярной  мимикрии. Микроорганизмы в процессе  эволюции приобретаютв структуре своих оболочек детерминанты, имеющие молекулярное сходство с тканевыми антигенами человека, что приводит к снижению иммунологического ответа макроорганизма на воздействие микроба или вируса. В результате последние могут беспрепятственно проникать внутрь организма и вызывать патогенное действие. Способность возбудителя болезни маскироваться под антигены макроорганизма получила название антигенной, или молекулярной, мимикрии. С целью установления перекрестно-реагирующих антигенов были изучены различные виды микробов. Специальными тонкими серологическими методами удалось установить, что некоторые микробы, например клебсиеллы, снижают титр специфической активности сывороток против антигена HLA-В27.

 Если придерживаться  теории мимикрии, то можно говорить  о доминантном характере наследования  генов, ответственных за восприимчивость  к болезни. Семейные исследования подтверждают это.

Модификация антигенов HLA вирусами. Полагают, что в определённых условиях вирус способен модифицировать, т.е. изменять, антигены HLA. В результате повышается чувствительность клетки к  токсину или неопластическим  изменениям. Вследствие модификации  антигенные структуры HLA могут подвергаться действию иммунокомпетентных клеток хозяина, т.е. не распознавать их как свои собственные, что наблюдается при включении  вирусного генома на уровне гена HLA или его действия на РНК. Данное явление  может иметь место лишь при  избирательной локализации вируса в тканях, например вируса гепатита В в печени. Эту гипотезу пока нельзя отвергнуть, но и доказать не представляется возможным.

 Связь генов HLA с  генами иммунного ответа. В исследованиях,  проведённых на мышах, было  показано, что гены системы Н-2 (аналогично системе HLA у человека) сцеплены с генами иммунного  ответа. Гены этой области контролируют  способность индивидуума к развитию  иммунного ответа на воздействие  различных искусственных и естественных  антигенов. Причём этот ответ  очень чётко коррелирует с  Н-2 гаплотипами. Линии мышей с гаплотипом Н-2b оказались способными давать активный иммунный ответ на искусственный полипептид, в то время как у животных с гаплотипом Н-2k отмечен низкий уровень ответа. Возникает вопрос: детерминируют ли гены Н-2 иммунный ответ сами или это зависит от других генов, сцепленных с ними? В результате тонких генетических экспериментов было установлено, что система Н-2 прямо не отвечает за развитие иммунного ответа. Оказалось, что у мышей это свойство присуще генам, расположенным в области Ir вблизи Н-2.

 Результаты исследований, полученных в эксперименте на  животных, можно перенести на  человека лишь по аналогии, поскольку  у человека гены иммунного  ответа пока не обнаружены, хотя  и имеются косвенные доказательства  этого. Для выявления Ir-генов у человека был использован сибс-метод . Рассуждения авторов были основаны на том, что при введении вакцин идентичным по HLA сибсам должен чаще всего наблюдаться иммунный ответ одинаковой силы. Это позволило бы доказать, что Ir-гены находятся на той же хромосоме, что и антигены системы HLA. Однако подтверждение было получено лишь при введении вакцины против вируса кори, в то время как при иммунизации другими вакцинами четкой закономерности не было установлено.

Доказательства сцепления  генов иммунного ответа с антигенами HLA и их роли в детерминировании чувствительности к болезни были получены при исследовании больных аллергией . Была обнаружена высокая степень корреляции между антигенами HLA-В7, Bw22, В40 и и27, относящимся к одной перекрёстно-реагирующей группе, и аллергическими заболеванием, при котором гиперчувствительность проявляется как повышенное образование анти-IgE-антител.

 Связь HLA с антигенами  эмбриональной дифференцировки.  Исследование комплекса гистосовместимости мышей Н-2 показало, что гены, контролирующие эмбриональную дифференцировку и органогенез, расположены очень близко к ним и, следовательно, находятся в состоянии неравновесного сцепления с Н-2. Эта генетическая область обозначена символом Т/t. Молекулярная масса и структура продуктов генов этой области очень сходны с HLA. Теоретически возможно, что некоторые болезни могут возникать вследствие нарушения эмбриогенеза, контролируемого T/t. В результате этого аллели, сцепленные с антигенами HLA, будут отражать различия в их распределении. Примером является взаимосвязь между HLA-Dw7 и тестикулярной тератокарциномой. Комплекс T/t контролирует выраженность эмбрионального антигена F9, который выявляется на тератокарциноме мышей и человека.