Лекция 10. КОМПЛЕМЕНТ

• Комплемент как многофакторная система. Основные компоненты: номенклатура и принципы

активации.

• Функции комплемента в реакциях воспаления и иммунитета. Понятие о специфиче-

ской и неспецифической активации комплемента.

• Классический путь активации: активаторы, инициирующий механизм, образование

С3-конвертазы. С1-независимый (лектиновый) механизм активации

классического каскада.

• Альтернативный путь активации: активаторы, инициирующий механизм, амплифика

ция, образование С3-конвертазы.

• Мембраноатакующий комплекс: механизмы образования и цитолиза.

• Анафилатоксины и опсонины системы комплемента: механизмы образования и реали-

зации биологической активности.

• Негативная регуляция в системе комплемента.

Комплемент1 – собирательное понятие, которое объединяет группу сывороточных белков, выполняющих важные функции в реакциях воспаления и иммунитета. Для этого требуется активация его компонентов, которая достигается благодаря ограниченному протеолизу и конформационным изменениям в каскадных реакциях, связанных с поэтапным образованием многофакторных (надмолекулярных) комплексов. Растормаживая внутренние ресурсы системы комплемента, активация вызывает образование собственных высокоспецифичных протеаз и рецепторных молекул, которые, последовательно взаимодействуя между собой, создают механизм, нацеленный на стабилизацию гомеостаза. В этом комплемент похож на другие системы плазменных белков (свертывания, фибринолиза и кининообразования), но в отличие от них он «работает» не только в жидкой среде, но и на поверхности биологических объектов, функционируя как система ферментов и мембраноатакующих молекул, связанных с твердой фазой.

Комплемент объединяет более 20 сывороточных белков, в том числе несколько негативных регуляторов, ограничивающих его активность. Кроме того, к системе комплемента относятся мембранные белки, которые защищают клетки хозяина от комплементзависимой агрессии или обепечивают рецепцию биологически активных факторов комплемента.

Для комплемента принят акроним С¢. Отдельные компоненты обозначаются арабскими цифрами (С1-С9) либо заглавными латинскими буквами (B, D, P, H, I). Продукты протеолиза дополнительно отмечаются малыми латинскими буквами (С2а, C2b, C4a, C4b, Bb и т.д.). Активированные факторы могут обозначаться верхним штрихом (С1, С3, С567, В и т.д.).

Активность комплемента (точнее его производных) проявляется в трех основных направлениях. Во-первых, он вызывает лизис клеток, бактерий и оболочечных вирусов (результат повреждения биологических мембран). Во-вторых, он участвует в опсонических реакциях, усиливая фагоцитоз. Наконец, производные комплемента обладают мощным флогогенным (провоспалительным) действием. Они вызывают расширение микрососудов в зоне воспаления, усиливают адгезию лейкоцитов на эндотелии и их направленный выход (хемотаксис) в очаги повреждения.

В каскаде комплемента выделяют три главных этапа: (1) инициация, или распознавание активирующих агентов, (2) образование протеазы для центрального (С3) фактора комплемента (С3-конвертаза) и (3) построение цитолитического (мембраноатакующего) комплекса. В этих реакциях задействованы два главных механизма (пути) – классический и альтернативный. Различаясь по способам распознавания атакуемых мишеней и механизму сборки С3-конвертазы, они стыкуются на «финишной прямой», т.е. на этапе формирования мембраноатакующего комплекса.

Классический путь активации

Этот механизм открыт в конце ХIX столетия при изучении бактерицидного действия сыворотки и наиболее подробно исследован на модели иммунного (антителозависимого) гемолиза. Было установлено, что в свежей сыворотке животных присутствует фактор, который необходим для проявления цитолитической активности антител. Без такой «добавки» антитела связываются и (при достаточной концентрации) агглютинируют эритроциты, но не лизируют их. Это легко обнаружить, прогрев сыворотку в режиме инактивации комплемента (56⁰, 30 мин). Верное объяснение феномену дал П. Эрлих. Он полагал, что антитела действуют как посредник для комплемента, который и является причиной гемолиза. П. Эрлих считал, что антитело имеет две реактивные группировки, одна из которых соединяется с клеткой, а другая с комплементом, побуждая его к цитолизу.

Инициация классического механизма достигается связыванием (рецепцией) С1 комплексами антиген—антитело1. Такой способностью обладают только иммуноглобулины классов IgM и IgG (точнее IgG1-3, но не IgG4); антитела классов IgA, IgE и IgD не взаимодействуют с С1. Фиксация иммунных комплексов раскрывает протеолитические ресурсы С1, от которых зависит активация нижестоящих факторов классического каскада – С4 и С22 (рис. 1).

С1 состоит из трех субкомпонентов – С1q, C1r и C1s3_. Они образуют комплекс, С1qrs, в котором С1q служит каркасом, куда встроен тетрамер С1r и C1s (C1-C1r-C1r-C1s). В виде такой макромолекулы С1 циркулирует в крови, причем объединение субъединиц происходит только в присутствии ионов Са²⁺. Функциональную (протеолитическую4) инертность комплекса нарушает C1q-опосредованный контакт с активирующими объектами, прежде всего с иммунными агрегатами. С1q-связывающие сайты расположены на Fc-фрагменте IgM и IgG. В нативных молекулах они недоступны для C1q и только реакция с антигеном, меняющая конформацию антител, обнажает C1q-реактивный участок5. Для стартового сигнала С1q обязан связаться не менее чем с двумя Fc-фрагментами (точнее С_Н2 доменами) одной и той же пентамерной молекулы IgM или с двумя соседствующими молекулами IgG. Этим объясняется относительно низкая активность IgG: требуется множество молекул, пока хотя бы две из них случайно не окажутся рядом и не образуют спаренный Fc-центр для фиксации С1q. Связывание с Fc-фрагментом меняет конформацию С1q, снимая блокаду с С1r. В результате аутокатализа он обретает протеолитическую активность, действуя на свой природный субстрат, С1s. Последний в свою очередь тоже превращается в протеазу, способную расщеплять (активировать) С4 и С2.

Рис. 1. Активация комплемента по классическому пути. Связывание с иммунным комплексом меняет взаимоотношения между субкомпонентами С1 (С1qrs), генерируя активную сериновую протеазу (С1s), способную отщеплять С4а от С4. Образующийся С4b cвязывается с поверхностью (рядом с иммунным комплексом) и в присутствии Mg2+ соединяется с С2, меняя его конформацию. Благодаря этому С2 обретает чувствительность к C1s-протеазе, которая «откусывает» от него С2b c образованием С3-конвертазы, С4b2а. Она атакует С3 с расщеплением на С3а и С3b. C3b фиксируется по соседству или остается в связке с С4b2а, формируя С5-конвертазу (С4b2a3b). Толстые стрелки означают ферментативные реакции (ограниченный протеолиз) (D.M.Weir, J.Stewart. Immunology. 8^th ed. Churchill & Livingstone. 1997).

Первым атакуется С4 (рис. 1). Под влиянием С1s от него отщепляется небольшой пептид, С4а (он остается в жидкой фазе), а остальная часть молекулы, С4b, ковалентно связывается с активирующей поверхностью, используя такой же удивительный механизм, как С3b (см. ниже). Расщеплению подвергаются множество молекул С4, что обеспечивает усиление сигнала. С4b служит рецептором для следующего фактора, С2, продолжая каскад комплемента. В этом участвуют лишь те молекулы, которые связываются с агрегатами IgG/IgM-С1 или рядом с ними. Главной задачей С4b является образование димолекулярного комплекса, С4b2a, выполняющего роль центрального фермента классического пути – С3-конвертазы. Этапность событий выглядит следующим образом (рис. 1). В присутствии ионов Mg²⁺ С4b присоединяет С2, превращая его в мишень для С1s-протеазы. Из двух образующихся С2-фрагментов (С2a и C2b) более крупный (С2а6) сохраняет связь с С4b, продолжая каскадный процесс. Комплекс C4b2a обретает новую активность – способность рецептировать и расщеплять С3. Ферментный центр расположен на С2а; С4b фиксирует молекулу С3 и делает ее доступной для С2а-протеолиза. С3 расщепляется на два фрагмента: С3а (небольшой пептид, остающийся в жидкой фазе) и С3b, продолжающий каскад. С3b остается в составе комплекса С4b2a, завершая образование С5-конвертазы (C4b2a3b), либо связывается с соседними участками объекта, создавая вероятность амплификации (усиления) альтернативного механизма комплемента (см. ниже). Об этом и других необычных свойствах С3b мы подробнее поговорим ниже. Здесь лишь отметим, что фактор С3 занимает ключевую позицию в системе комплемента, участвуя в реализации почти всех его эффектов7. Врожденная недостаточность по С3 сочетается с повышенной чувствительностью к бактериальным инфекциям, отражая важную роль комплемента в иммунитете.

Очередной этап – активация С5. Для этого вновь достаточно отщепления небольшого пептида, С5а; крупный фрагмент (С5b) включается в развитие финальной стадии – формирование мембраноатакующего комплекса (МАК), С5b6789. С5-конвертаза классического пути представляет комплекс С4b2a3b, в котором ферментативной активностью обладает С2а; С3b связывает С5 (обнажая участок для ограниченного протеолиза), а С4b стабилизирует протеолитически активную конфигурацию С2а. С5b взаимодействует с очередным фактором, С6, формируя комплекс (С5b6), который отделяется от С5-конвертазы, продолжая каскадный процесс через эстафетное взаимодействие с факторами С7, С8 и С9 (см. рис. 6).

Недавно стал известен механизм С1-независимой активации классического каскада. Его инициирует маннозосвязывающий белок (МСБ) из группы лектинов, т.е. к белков, избирательно (селективно) связывающих углеводы. Структурно он похож на С1q и вместе с ним относится к семейству коллектинов – лектинов, имеющих структурное сходство с коллагеном. Подобно С1q, МСБ образует Са²⁺-зависимый комплекс с двумя протеазами, родственными С1r и C1s. Их активация происходит при связывания МСБ с маннозными радикалами бактерий, грибов, некоторых вирусов и паразитов. Построение С3-конвертазы (С4b2a) и последующие события идентичны реакциям, запускаемым через С1q. Подобно альтернативному каскаду (см. ниже), МСБ-лектиновый механизм не требует участия антител, являясь одним из механизмов доиммунной (неспецифической) защиты (рис. 2).

Рис. 2. Три пути активации комплемента. Активация по классическому пути связана со специфическим (антигензависимым) иммунным ответом. Реакции в системах альтернативного и лектинового каскадов относятся к механизмам врожденного (неспецифического) иммунитета. Все пути сходятся на активации С3, центрального фактора комплемента. МСБ – маннозосвязывающий белок; МСБ-П1, МСБ-П2 – протеазы, ассоциированные с МСБ.

Дата добавления: 2014-01-14