Молекулярные механизмы активации Т-лимфоцитов при распознавании антигеных пептидов, презентированных на поверхности АПК в составе МНС-I и МНС-II класса.
Когда комплекс TcR распознает MHC-ассоциированные пептиды на АПК, в области физического контакта между Т-клеткой и АПК формируется макромолекулярная структура, образованная поверхностными и внутриклеточными сигнальными молекулами, которая называется «иммунным» синапсом или надмолекулярным активационным кластером (SMAC, от англ. «supramolecular activation cluster»). В самом центре SMAC находятся такие молекулы как Т-клеточный рецептор в ассоциации с CD3 (все цепи, включая ζ), корецепторы CD4 или CD8 (в случае Т-хелпера или цитотоксического Т-лимфоцита, соответственно), различного рода внутриклеточные сигнальные молекулы, главной из которых является протеинкиназа θ (PKC-θ), а также адапторные белки, отвечающие за передачу сигнала внутрь клетки. В этой области синапса, называемой также c-SMAC (центральная часть SMAC, от англ. «central SMAC»), расстояние между плазматической мембраной Т-лимфоцита и мембраной АПК составляет около 15 нм. Адгезионные молекулы (LFA-1 со стороны Т-лимфоцита с ICAM-1 на поверхности АПК) формируют периферическую часть «иммунного» синапса и играют ведущую роль в стабилизации сайта взаимодействия между Т-клеткой и АПК. Эта область получила название периферическая часть SMAC или p-SMAC (от англ. «peripheral SMAC»). В этой внешней части синапса мембраны контактирующих клеток разделяет расстояние в пределах 40 нм. Кроме того, по периферии со стороны Т-лимфоцита формируется дополнительное кольцо из молекул CD44 и CD45, получившее название d-SMAC (от англ. «distal SMAC»).
В покоящейся Т-клетке все эти сигнальные и адгезионные молекулы обычно располагаются диффузно в плоскости плазматической мембраны лимфоцита в составе так называемых липидных «рафтов» (от англ. «lipid rafts») или плотов, то есть фрагментов мембраны, обогащенных гликолипидами. Только после активации Т-клеточного рецептора и получения ко-стимулирующих сигналов липидные «рафты» за счет белков т цитоскелета направленно мигрируют в зону контакта с АПК и сливаются, формируя иммунологический синапс.
Функции иммунного синапса.
Иммунный синапс выполняет несколько важнейших функций, связанных с активацией Т-лимфоцита (рис. 69). Во-первых, стабилизация взаимодействия Т-клеточного рецептора с комплексом антигенный пептид-МНС (pep-МНС) обеспечивает время, необходимое для активации пролиферации Т-лимфоцита и синтеза ряда поверхностных и растворимых молекул. Более того, сродство или аффинность TcR к антигену может быть весьма низким, но длительное взаимодействие гарантирует эффективное проведение сигнала и активацию лимфоцита.
Во-вторых, формирование синапса позволяет собрать вместе несколько комплексов МНС-антиген, чтобы активировать сразу несколько TcR, что повышает вероятность активации Т-лимфоцита.
(адаптирована из Клиническая иммунология, 2020).
В-третьих, именно в пределах синапса происходит обмен цитокиновыми сигналами между АПК и Т-лимфоцитом. Условная изолированность внутреннего пространства синапса позволяет локально повысить концентрацию этих цитокинов, что также обеспечивает эффективное проведение сигнала и активацию Т-лимфоцита.
В-четвертых, «иммунный» синапс, особенно в своей центральной части c-SMAC, играет важную роль для эффективной передачи сигнала внутрь клетки. Следует помнить о том, что после фосфорилирования и активации сигнальных молекул последние быстро инактивируются. Это способствует прекращению активации Т-клеток. А продолжительный контакт клеток способствует генерации новых активационных молекул.
Для активации Т-лимфоцитов и запуска антигензависимой стадии дифференцировки в периферических лимфоидных органах необходимы три сигнала от АПК.
В процессе презентации антигена Т-лимфоциты получают от АПК три сигнала, которые являются обязательным условием активации этих клеток и запуска реакций адаптивного иммунитета.
Сигнал 1 обеспечивает распознавание Т-клеточным рецептором антигена в ассоциации с молекулами главного комплекса гистосовместимости I (для цитотоксических Т-лимфоцитов) или II (для Т-хелперов) класса. Этот сигнал определяет специфичность реакций адаптивного иммунитета. Другими словами, именно этот сигнал обеспечивает активацию и клональную экспансию только тех лимфоцитов, которые несут рецепторы способные распознавать этот конкретный антиген.
Сигнал 2 является результатом взаимодействия между ко-стимулирующими молекулами АПК и Т-лимфоцита. Ко-стимулирующие молекулы CD80/CD86 появляются на поверхности АПК только в случае активации на ней рецепторов врожденного иммунитета, то есть исключительно в ответ на распознавание «чужого» (PAMPs), а не случайно презентируемого «своего» (рис. 70). Именно патогены являются индукторами экспрессии ко-стимулирующих молекул на АПК (без патогена и/или его компонентов запуск иммунного ответа невозможен – это свойство применяется, например, при создании эффективных вакцин, где лиганды TLR и других паттерн-распознающих рецепторов являются одними из важнейших компонентов). Взаимодействие между CD80/CD86 и CD28 происходит только при презентации «чужого», а не «своего» антигена и необходимо для активации и клональной экспансии Т-лимфоцитов.
Сигнал 3 создают цитокины, секретируемые АПК или другими клетками микроокружения. Этот сигнал обеспечивает поляризацию наивных Т-лимфоцитов в один из типов Т-хелперов, что в конечном итоге, определяет стратегию развития иммунного ответа и способ элиминации данного конкретного патогена. Механизмы, определяющие продукцию тех или иных комбинаций цитокинов, продуцируемых в момент презентации антигена в настоящее время плохо изучены. Предполагают, что это в значительной степени зависит от природы патогена, а именно, набора эволюционно консервативных структур конкретного патогена (PAMPs), которые распознает АПК своими паттерн-распознающими рецепторами. Не исключают также, что разные типы АПК способны рецептировать разные комбинации PAMPs, продуцировать разные наборы цитокинов и способствовать развитию разных типов иммунного ответа.
Роль костимуляторных сигналов в индукции реакий адаптивного иммунитета
Взаимодействие CD80/CD86 со стороны АПК и CD28 со стороны Т-лимфоцита в момент презентации антигена приводит к:
- сигналам на выживание для Т-лимфоцита, а именно усилению экспрессии в Т клетках анти-апоптотических белков;
- синтезу и секреции IL-2 и увеличению экспрессии CD25 (а-цепь рецептора IL-2) на поверхности клетки; IL-2 является важнейшим аутокринным ростовым фактором для Т-клеток, без него Т-клетки не могут пролиферировать и формировать клон эффекторных клеток;
- пролиферации или клональной экспансии – наработке пула клеток, обладающих Т-клеточным рецептором заданной специфичности. Если исходно антиген распознает одна наивная Т-клетка с уникальным рецептором, то в ходе развития иммунного ответа формируется целый клон клеток, несущих рецептор такой же специфичности. Чем больше клон, тем быстрее, эффективнее и с минимальным повреждением организма происходит элиминация патогена;
- увеличению уровня экспрессии белков-циклинов, отвечающих за прохождение активированного Т-лимфоцита по фазам клеточного цикла, выход из фазы покоя и переход к митозу;
- дифференцировке в эффекторные клетки и клетки памяти. При этом эффекторы должны бороться с патогеном в очаге инфекции, тогда как клетки памяти отвечают на ускоренный ответ на повторное проникновение патогена. Именно формирование пула клеток памяти является важнейшей целью вакцинации.
Необходимо подчеркнуть, что сигнал 2 (сигнал костимуляции) служит важнейшим инструментом контроля и ограничения аутоагрессии. Только лимфоцит, распознающий «чужеродный» антиген получает от АПК разрешение на выживание и клонирование. Потенциально опасные, аутореактивные клоны лимфоцитов при распознавании аутоантигена не получают сигналов костимуляции от АПК, поэтому анти-апоптотические белки в таких клетках не экспрессируются, и они погибают путем апоптоза. Отсутствие сигнала костимуляции позволяет также избежать синтеза аутореактивными лимфоцитами IL-2, формирования высоко-аффинного рецептора для этого цитокина и клональной экспансии. Срыв периферической толерантности лежит в основе аутоиммунных патологических состояний, поэтому ко-стимулирующие молекулы являются перспективными мишенями для терапии этих заболеваний. Ведущая роль костимуляторных молекул CD80/CD86 и CD28 в поддержании периферической толерантности положена в основу разработки и эффективного применения некоторых современных биологических препаратов. За создание таких препаратов Джеймсу Эллисону была присуждена Нобелевская премия по медицине и физиологии в 2018 году.
Что же касается АПК, то они тоже получают сигналы от Т-лимфоцитов – обмен сигналами носит взаимный характер! Так, после взаимодействия CD80/CD86 и CD28, на поверхности активированной Т-клетки экспрессируется CD40L. Данная молекула связывается с CD40 на поверхности АПК, что приводит к усилению экспрессии CD80/CD86 и продукции цитокинов, необходимых для выживания и дифференцировки Т-клетки. Таким образом клетки стимулируют друг друга на выживание и проявление эффектов, необходимых для развития иммунного ответа.
