Молекулярная структура антител

Молекулярная структура антител

Первый шаг к пониманию строения иммуноглобулинов был сделан английским исследователем Р.Портером в 1959 г. Он продемонстрировал, что обработка кроличьих антител IgG-класса ферментом папаином расщепляет молекулу на два основных фрагмента с мол. массами 45 кД и 50 кД. Один из этих фрагментом сохранял способность связывать антиген и в силу этого получил название Fab-фрагмента (от англ. "antigen binding"). Второй фрагмент не взаимодействовал с антигеном. Его удалось легко крис­таллизовать, что и послужило основанием для его обозначения как Fc-фрагмента (от англ. "crystallizable"). В количественном отношении Fab-фрагментов в два раза больше, чем Fc-фрагментов. Естественно было предположить, что молекула IgG имеет два участка, которые взаимодействуют с антигеном, и один участок — антигенноинертный. Выяснено, что папаин разрушает иммуноглобулин в шарнирной области, выше межцепьевых, дисульфидных связей, что и приводит к образованию двух идентичных и одного отличающегося участков (рис.).

При работе с пепсином выделен один двухвалентный антигенсвязывающий фрагмент. Часть молекулы IgG, соответствующая Fc-фрагменту, полностью разрушается. Получение двухвалентного фрагмента иммуноглобулина обеспечено действием пепсина на дистальный конец шарнирной области. В результате N-концевая половина молекулы остается нетронутой. Такой двухвалентный фрагмент обозначают как F(ab)2.

меркаптоэтанол

Рис. Определение структуры АТ с помощью протеолитических ферментов

Исследования Эдельмана, выполненные с использованием меркаптоэтанола и ряда других соединений, которые разрушают межцепьевые -S-S- связи, показали наличие в молекуле иммуноглобулина двух тяжелых (Н) цепей с мол. массой каждой из них около 50 кД и двух легких (L) с мол. массой 25 кД.

У млекопитающих известно пять классов иммуноглобулинов: IgM, IgG, IgA, IgE и IgD, которые имеют общий план строения, но отличаются структурными особенностями тяжелых (Н) цепей.

Существует 5 типов тяжелых цепей, обозначаемых буквами греческого алфавита: μ,γ,α,ε, σ и 2 типа легких κ и λ.

Для получения информации о строении и молекулярных основах специфичности антител необходимо было иметь значительное количество полностью идентичных иммуноглобулинов. Исследования с сывороточными антителами от нормальных доноров не давали такой возможности, так как подобные антитела, являясь производными нескольких клеточных клонов, могли варьировать по тонкой специфичности антигенсвязывающего центра и, кроме того, относиться к различным классам иммуноглобулинов. Необ­ходима была экспериментальная модель, позволяющая работать с иммуноглобулинами, продуцируемыми одним клоном клеток и в силу этого представляющими собой полностью идентичные молекулы. Такой моделью являются злокачественно трансформированные плазматические клетки больных миеломой.

Изучение полной аминокислотной последовательности различных миеломных белков выявило принципиальные особенности в строении иммуноглобулинов. Иммуноглобулины разных классов характеризуются общим планом строения.

На рисунке представлена схема организации IgG.

Этот иммуноглобулин содержит две тяжелые (Н) цепи и две легкие (L) цепи, которые объединены в четырехцепочечную молекулу посредством ковалентных, межцепьевых, дисульфидных связей (-S-S-).

Каждая цепь включает вариабельную область (соответственно V_L и V_H для V- и Н- цепей), от которой зависит специфичность иммуноглобулинов как антител, и константную (С), подразделяющуюся на гомологичные участки: С_н1, С_н2, С_н3. L-цепь имеет один константный участок (C₁). Между СН1 и Сн2 расположена так называемая шарнирная область, обогащенная пролиновыми остатками. Повышенное содержание пролина в данной области обеспечивает конформационную гибкость молекулы, что необходимо для лучшего взаимодействия с антигенными детерминантами, более выраженными на поверхности клеток.

Впервые в 1969 г., еще до получения рентгеноструктурных данных, Дж. Эдельман предположил, что каждый гомологичный участок организован в замкнутую сферу — домен, за счет внутрицепьевых дисульфидных связей, образующихся полуцистеиновыми остатками. Дисульфидная связь замыкает в петлю около 60 аминокислот. Приблизительно по 20 аминокислот, не входящих в замкнутую часть участка, служат для взаимодействия с соседними доменами.

Рис. Принцип доменной организации иммуноглобулинов.

Цифры обозначают последовательность аминокислотных остатков в полипептидах

Рентгеноструктурный анализ подтвердил общий принцип доменной организации полипептидных цепей иммуноглобулинов и вскрыл ряд тонких деталей строения. Электронная микроскопия показала, что молекула IgG имеет форму буквы Y с меняющимся углом между отрезками, что говорит о гибкости ее структуры.

В пространственной организации IgG человека тяжелые и легкие цепи, взаимодействуя друг с другом, образуют плотно упакованную структуру с тремя частями: два Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент.

Рис. 2.7. Трехмерная структура IgG человека.

Светлое и темно-серое изображение обозначают тяжелые цепи; светло-серое — легкие цепи; черное — углеводы

ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ ИММУНОГЛОБУЛИНОВ

Антигенсвязывающий участок, или активный центр антител, формируется при взаимодействии V_H- и V_L-доменов. Изменения в последовательности аминокислотных остатков этих доменов от белка к белку определяют собственно меняющуюся специфичность антител.