Как т-лимфоциты узнают антигены на раковых клетках и уничтожают их носителей

Организм человека постоянно уничтожает различные агенты: извне – бактерии и вирусы, а внутри организма – возникающие раковые клетки.

Главной защитой от этих агентов является иммунная система. Она незримо и неощутимо для нас осуществляет этот процесс. Но иммунная система в эволюции организма создана не для уничтожения самих по себе этих агентов, а для защиты внутренней среды организма от антигенов этих агентов.

Но так как эти антигены несут на себе бактерии и вирус, а также раковая клетка, то, уничтожая антигены, иммунная система уничтожает и их носителей. Именно она способна делать это избирательно: в норме она действует только на пораженные клетки, в том числе раковые, не затрагивая здоровые клетки.

Антиген – это чужеродное вещество или любая макромолекула, способная вызывать в организме иммунный ответ. Среди макромолекул антигеном обычно является белок (В. Эллиот, Д. Эллиот, 2000).

Часто пишут, что иммунная система защищает организм от всего «чужого» или «чужеродного». Это подчеркнуто и в определении антигена. Но что все же считать «чужим», то есть тогда и «не своим», в работах многих авторов, ответа нет.

В клетке любой белок и другие вещества – это продукты экспрессии нормальных генов. Новые белок или изменившееся вещество в клетке из-за мутаций в их гене или генах должно считаться «чужим» или «чужеродным», так как эти вещества не закодированы в геноме нормальной клетки.

Нормальная клетка ткани превращается в раковую клетку за счет дерепрессии эмбриональных генов и одновременно мутаций и/или эпимутаций в ней генов-супрессоров.

В первом случае клетка превращается в раковую за счет синтеза в ней эмбриональных белков, но нормальной структуры. Во втором случае – отсутствие белка или изменения его структуры генов-супрессоров не останавливает канцерогенез.

Какой бы белок в раковой клетке ученые не обнаружили, он обычно эмбриональный. Это приводит к появлению эмбриональных рецепторов на мембране клетки, а в сыворотке крови от пациента – эмбриональных белков, в норме присутствующих только в тканях эмбрионов.

Любой эмбриональный белок на раковой клетке – это ее белок-маркер, так как в нормальной соматической клетке во взрослом организме его синтеза нет.

Причины отсутствия иммунного ответа на раковую клетку до конца не изучены. Главными из них могут быть:

- раковая клетка образуется из клетки своего организма и потому не обладает достаточной степенью «чужеродности», в отличие от пришельцев извне, например, микробов и вирусов-

- раковая клетка не содержит белков, которые бы были не закодированы в геноме организма-хозяина.

Из этого важное следствие: для вызова ответа иммунной системы пациента на раковые клетки эти клетки прежде нужно сделать для нее «чужими». Для этого в раковые клетки необходимо трансфецировать ген «чужеродного» для нее белка.

Основными защитниками иммунной системы являются лимфоциты. Эти клетки способны узнавать белки-антигены, т.е. чужеродные вещества. За узнаванием антигена следует иммунный ответ.

В узнавании специфичных антигенов участвуют два класса лимфоцитов: Т-клетки и В-клетки. И те, и другие происходят из стволовых клеток костного мозга. В-лимфоциты созревали и созревают в нем у взрослого организма, а Т- лимфоциты созревали в тимусе.

Иммунный ответ приводится в действие реакцией связывания антигена с рецепторной молекулой на мембране В-клетки или Т-клетки, запрограммированной отвечать на данный антиген- так носитель антигена распознается как чужеродный агент.

В результате связывания антигена с рецептором клеток эти клетки размножаются, образуя клоны, и выполняют свои функции:

- В-лимфоциты созревают и секретируют антитела-

- цитотоксические Т-лимфоциты разрушают клетки-носители антигена-

- Т-лимфоциты хелперы производят вещества, мобилизующие другие клетки.

После связывания Т-лимфоцитами антигена, они секретирует фактор роста – интерлейкин-2, а на их поверхности образуются его рецепторы. Связывание интерлейкина-2 с рецептором служит сигналом к делению клетки. В результате возникают дочерние Т-лимфоциты, реагирующие на тот же антиген.

Для понимания действия интерлейкина-2, вызывающего пролиферацию Т-лимфоцитов, важно было знать структуру интерлейкина-2 и его рецептора. В 1983 г. Т. Танигути с соавторами выделили ген интерлейкина-2, затем был открыт ген белка-рецептора интерлейкина-2. Это позволило определить роль механизма интерлейкина-2 – рецептор в иммунном ответе.

Было показано, что после активации антигеном для регуляции пролиферации Т-лимфоцитов важны: концентрация интерлейкина-2, количество рецепторов на поверхности Т-лимфоцита и продолжительность взаимодействия между интерлейкином-2 и рецептором.

В организме человека множество различных антигенов и Т-лимфоцитов с различными рецепторами (TCR – от англ. T cell receptor), каждый из которых специфичен своему антигену. С момента связывания антигена его носитель, т.е. раковая клетка, распознается как чужеродный агент.

Распознать антиген на раковой клетке Т-лимфоцит в одиночку не способен: он как бы слеп. В распознавании антигена Т-лимфоцитом участвуют другие клетки – презентирующие или представляющие клетки. Т-лимфоцит отвечает на антиген, только когда он ему этой клеткой и на ее поверхности представлен (K. Kafiq et al., 2002).

Далее мы приводим определения терминов для понимания процесса распознавания и молекулярные причины уничтожения раковых клеток.

1. Антигенпрезентирующая или антигенпредставляющая клетка (АПК) с помощью рецептора захватывает антиген, расщепляет его до пептидных фрагментов, которые внутри клетки встраиваются в молекулы МНС1 I или II класса и выставляются на поверхность этой клетки. Самой активной АПК для лимфоцитов является дендритная клетка, значительно слабее другие клетки – В- лимфоциты, макрофаги.

Антигены по происхождению могут быть экзогенные, а другие эндогенные, что определяет два разных пути процессинга антигена. Для экзогенного антигена, находящегося во внеклеточной среде, например, антиген бактерий или паразитов, АПК является макрофаг или В-лимфоцит. Белки-антигены эндогенного генеза зараженной вирусом клетки или раковой клетки, синтезированные внутри их самих, не нуждаются в специализированной АПК. Они подвергаются процессингу внутри самих этих клеток и появляются на их поверхности в сочетании с белками МНС класса I. Их распознают цитотоксические Т- лимфоциты.

2. Процессинг антигена. Для распознавания Т-клеткой антиген подвергается расщеплению, т.е. процессингу. Антиген-белок расщепляется в АПК на короткие фрагменты – пептиды, длиной не более 10-20 аминокислот. В результате детерминантная часть молекулы антигена, т.е. эпитоп, представляет небольшой фрагмент. Именно он определяет специфичность антигена и располагается на поверхности молекулы и представляется Т-клетке. Оба пути процессинга антигенов – экзогенных и эндогенных, ведут к Т-клеточному ответу. Белок-антиген раковой клетки процессируется в ней самой, это приведет к уничтожению этой клетки цитотоксическими Т-киллерами. Белок-антиген бактериальной клетки подвергается процессингу в В-клетке или в макрофаге. Это по1 МНС является гликопротеинами главного комплекса гистосовместимости – англ. maior his- tocompatibility complex, у человека это HLA требует помощь от хелперных Т-лимфоцитов, которые помогают в синтезе антител против инфекции.

3. МНС – молекула белка – продукт гена иммунного ответа IR (от англ. immune response – иммунный ответ). Процессированный антиген появляется на поверхности вместе с белками МНС самой клетки. Белки МНС по роли в стимуляции Т-клеток разделяют на два класса.

Белки класса I имеются почти на всех клетках, имеющих ядро, в том числе на раковой клетке любого типа клетки. Они участвуют в представлении антиген-пептида цитотоксическим Т-лимфоцитам. Белки класса II присутствуют в основном на дендритной клетке, меньше их на макрофаге и В-лимфоците. Они участвуют в представлении антиген-пептида хелперным Т-лимфоцитам. Истинная роль белков МНС – в направлении атаки Т-клеток на антиген. Т-клетки узнают одновременно антиген в комплексе с белком МНС на поверхности одной клетки с помощью одной молекулы-рецептора. В молекуле антигена имеется два участка: агретоп – для распознавания молекулами МНС, и эпитоп – для распознавания Т-клеточными рецепторами (TCR). Необходимость двойного распознавания называется МНС-рестрикцией, т.е. ограничением. Цитотоксические Т-клетки реагируют на антиген вместе с белками МНС класса I, а Т- хелперам нужны белки МНС класса II.

Что дает для организма МНС-ограничение? В результате этого явления активность Т-клеток направляется на клетки своего собственного организма, где они и должны действовать на раковые клетки, а не, например, на бактерии или свободные антигены.

Потеря способности к экспрессии молекул МНС на поверхности клетки может быть одной из причин возникновения раковой клетки.

4. Презентация или представление белка-пептида. В 1974 г. Р. Цинкерна- гель и П. Догерти сделали открытие: для возникновения ответа на антиген Т- клетки должны узнать два элемента: антиген и «свой» белок МНС, характерный для собственных клеток данного организма. Другими словами, «чужое» узнается в связи со «своим», т.е. белок-пептид в комплексе с молекулами МНС I или II класса своего организма (Рис. 1).

Рис. 1.

Этапы иммунного ответа на раковую клетку при образовании в ней белка-антигена

. Раковая клетка может быть убита путем перфорации ее мембраны или за счет апоптоза (рис. и цит. по: В. Эллиот, Д. Эллиот, 2000, с изменениями).

В 80-х годах был открыт белок-рецептор у клетки-киллера – ТСR и его гены. Было показано, что двойное распознавание антигена-пептида и молекулы МНС связано с ТСR.

Однако, связывания ТСR с пептидом и молекулой МНС класса I недостаточно для превращения пре-киллера в цитотоксическую Т-клетку. Для полной активации необходимо связывание еще одной молекулы – СD8 корецептора.

Эта молекула тоже связывается с молекулой МНС класса II, но в другой части молекулы рецептора ТСR. То есть ТСR и СD8-корецептор Т-киллеров связываются с молекулами МНС класса I и пептидами из белков-антигенов, синтезирующихся в самой клетке.

ТСR и корецептор СD4 имеются у Т-хелперов, связываются с комплексом МНС класса II и пептидом из белков извне. Их активация вызывает иммунный ответ. Такой механизм реализуется при вакцинации вакциной на основе белков- антигенов раковой клетки и ДНК-вакциной. В этом случае в роли антигенпрезентирующей клетки может быть дендритная клетка, макрофаг или В-клетка. Если В-клетка, то она с помощью встроенного в ее мембрану белка-рецептора захватывает белок-антиген раковой клетки. Путем эндоцитоза осуществляет процессинг нативного антигена до мелких пептидов. В клетке синтезируются молекулы белка МНС класса II, которые связываются с молекулами пептидов. Комплекс белка-пептида с молекулой МНС II перемещается на поверхность В- клетки. Клетка Т-хелпер своим ТСR и с помощью белка СD4 узнает этот комплекс на поверхности В-клетки и связывается с ним. Она секретирует цитокины, стимулирующие созревание В-клетки в плазматическую клетку, которая секретирует антитела. Антитела через кровь и лимфу распознают антиген на раковой клетке, связываются с ним и тем самым нейтрализуют его носителя (Рис. 2, 3).

Как видно, иммунная система организма необходима для его выживания от любой болезни, в том числе от рака. Элементы этой системы – клетки и молекулы постоянно бдительно охраняют организм от возникновения раковых клеток, если на них белки окажутся достаточно антигенными. Они способны узнавать эти чужеродные клетки, отличать их от нормальных клеток собственНого организма.

Рис. 2.

Этапы представления пептида-антигена в комплексе с молекулой МНС класса II на мембране В-клетки

(рис. и цит. по: В. Эллиот, Д. Эллиот, 2000).

Рис. 3.

Этапы активации хелперной Т-клеткой превращения В-клетки в клон плазматических клеток, секретирующих антитело

(рис. и цит. по: В. Элли- от, Д. Эллиот, 2000).

Причинами отсутствия иммунного ответа организма пациента против раковых клеток могут быть изменения в генах ТСR и генах МНС I и МНС II. В норме эти гены должны обеспечивать иммунной системе распознавание антигенов клетки и запускать иммунный ответ.

Теперь мы больше знаем о том, как и чем узнается «чужое» – антиген на раковой клетке, и как по нему – маркеру – иммунная система находит эту раковую клетку и может ее уничтожать.

Важно то, что связывание цитотоксического Т-лимфоцита через его рецептор с антигеном-пептидом на раковой клетке диктуется взаимодействием молекул СD8 – МНС. Поэтому Т-киллеры могут узнавать и уничтожать только раковые клетки, содержащие белок МНС класса I.

В регуляции начальных этапов иммунного ответа критическую роль играет механизм интерлейкин-2 – рецептор.

Легко представить себе, как можно использовать взаимодействие между интерлейкином-2 и его рецептором для усиления иммунного ответа с целью уничтожения раковых клеток.

Так как интерлейкин-2 вызывает клональное размножение Т-лимфоцитов и В-лимфоцитов, его ген можно использовать в составе ДНК-вакцины, что увеличит эффект вакцинации против раковых клеток.

В-лимфоцит и Т-лимфоцит – это продукты стволовых клеток костного мозга. Недавно наука совершила прорыв: впервые в истории удалось получить в лабораторных условиях Т-лимфоциты из стволовой клетки эмбрионов мышей.

Известно, что стволовые клетки способны трансформироваться в любые типы клеток. Но для этого необходимо подобрать правильный химический реагент.

Группа канадских ученых из университета Торонто во главе с доктором Хуан Карлос Сунига–Пфлаккер впервые в истории не только создали Т- лимфоциты, но и убедились, что они способны бороться с инфекцией. При раке и инфекциях нарушена иммунная система, раковые клетки секретируют вещества, подавляющие иммунную систему пациента. Этот прорыв в медицинской науке позволит открыть путь «к будущему революционному лечению пациентов от СПИДа и рака».

Ученые онкологического центра имени Слоана и Кеттеринга США (2003) выполнили серию экспериментов, которые могут стать основой для создания нового метода поиска и уничтожения раковых клеток. Они сконструировали лимфоциты-киллеры, обученные распознавать и уничтожать раковые клетки кроветворных органов. Для этого были выращены лимфоциты в культуре, а затем к ним ученые прикрепили рецепторы, которые распознают клетки человека, пораженные лейкемией и лимфомой. Мышам предварительно были привиты подобные опухоли. Для лечения опухолей у мышей им были введены эти «рукотворные лимфоциты». Результат: лимфоциты-киллеры «разыскали и уничтожили большую часть раковых очагов у подопытных мышей».

Британские ученые заявили, что они с помощью генной инженерии сконструировали клетку-киллер. Она может распознавать и уничтожать клетки, пораженные лейкемией.

Доктор Ханс Стаусс и его группа, изучая раковые клетки лейкемий, идентифицировали ген WT-1. Его продукт – белок синтезируется в больших количествах в клетках лейкемии. Этот белок – маркер или метка на раковых клетках лейкемии. Оказалось, что этот белок синтезируется также в клетках рака молочной железы, легких.

Сконструированная ими «клетка-истребитель», введенная в организм, находит места скопления этого белка и уничтожает раковые клетки, в которых он скапливается. Исследователи отмечают, что «этот механизм пригоден для лечения всех форм лейкемий, а со временем может быть использован и для уничтожения других типов раковой клетки». Ученые надеются начать клинические испытания на пациентах с лейкемией в течение двух лет.<< ПредыдушаяСледующая >>
Внимание, только СЕГОДНЯ!