Как уже говорилось, принадлежность иммуноглобулинов к различным классам и подклассам определяется строением и числом их С-доменов. В состав у-, а- и 5-цепей входит по 3, а в состав ц- и е-цепей — по 4 С-домена (см. табл. 3.1).
В С-доменах локализовано большинство участков, распознаваемых рецепторами клеток (Fc-рецепторами, С-рецепторами для компонентов комплемента). Так, в домене Су2 расположены участки связывания с компонентом комплемента С4Ь, а также с рецепторами FcyRI и FcyRII. В домене Су3 локализован участок связывания с FcyRIII. В связывании C1q участвуют и Су2, и Су3. Особенности строения домена Сн2 определяют скорость метаболизма молекул иммуноглобулинов, т.е. продолжительность их пребывания в циркуляции.
Между доменами СН1 и СН2 располагается участок, различный по протяженности в Н-цепях разных изотипов и не входящий в состав доменов. В связи высоким содержанием остатков пролина этот участок обладает высокой гибкостью, что и определило его название — шарнирный. Именно в этом участке располагаются сайты расщепления иммуноглобулинов протеазами (см. рис. 3.2). В нем сосредоточены все дисульфидные связи, соединяющие Н-цепи. Число этих связей варьирует от 1 в молекуле IgD до 13 в молекуле IgG3. Молекула IgG1 содержит 3 дисульфидные связи.
Важный элемент молекул иммуноглобулинов — их углеводная компонента. L-цепи лишены стабильных участков гликозилирования. В Н-цепях они представлены во всех доменах, кроме вариабельного (больше всего в СН2). Число сайтов гликозилирования в иммуноглобулинах разных изотипов различно. Сайты N-гликозилирования (через остатки аргинина) преобладают над сайтами О-гликозилирования (через остатки серина или треонина). Молекулы IgG гликозилированы значительно слабее (углеводы составляют 2—3% массы молекулы), чем иммуноглобулины других классов (12—14%). Молекулярная масса углеводной цепи в составе IgG составляет около 2 кДа. Обычно углеводные цепи имеют основу, образованную остатками маннозы и хитобиозы, и могут содержать две или более «антенн». Хотя углеводный компонент иммуноглобулина не влияет на его специфичность, он стабилизирует функционально важные детерминанты молекулы, обеспечивает взаимодействие с лектинами, определяет особенности катаболизма и т.д. Гликозилирование может существенно влиять на биологические свойства антител. Так, негликозилированные молекулы IgG обладают меньшим сродством к FeyRI, FeyRII и C1q, чем гликозилированные. Дефекты глико- зилирования молекул иммуноглобулинов играют важную роль в иммунопатологии.
IgG всех субклассов, а также IgD и IgE представляют собой мономерные молекулы, т.е. содержат по две пары Н- и L-цепей. Растворимые молекулы IgA и IgM формируют полимеры — димер IgA и пентамер IgM. В их состав, помимо классических полипептидных цепей, входит соединительная J-цепь (от joining) массой 15 кДа, связанная с Н-цепью дисульфидной связью. J-цепь отвечает за стабилизацию полимера. Эта цепь не гомологична Н- и L-цепям (не относится к суперсемейству иммуноглобулинов). Мономерные единицы в IgA и IgM соединяются дисульфидными связями в С-концевой части Н-цепей. Эти связи особенно чувствительны к действию восстановителей. Так, под действием 2-меркаптоэтанола пентамер IgM (константа седиментации 19S, масса 900 кДа) распадается на мономеры (7S, 150 кДа). В составе присутствующих в секретах молекул IgA (секреторный IgA, sIgA) содержится еще одна цепь — секреторный компонент (SC). Его молекулярная масса — 60 кДа. Традиционно роль секреторного компонента связывают с защитой молекулы IgA от действия протеаз, содержащихся в высоких концентрациях в пищеварительных и иных секретах. В настоящее время появились данные, свидетельствующие о более разнообразных функциях этого компонента. Секреторный компонент представляет собой часть поли-^-рецептора, участвующего в транспортировке молекулы IgA через эпителиальный пласт в слизистых оболочках. Процесс секреции IgA будет подробнее рассмотрен при описании иммунной защиты барьерных тканей (см. раздел 3.6.5.4).
Роль иммуноглобулинов различных классов в иммунной защите организма различна. Поскольку первыми экспрессируются ц-цепи, в ходе иммунного ответа ранее других начинает секретироваться IgM (см. раздел 3.1.4.3). Большинство антител при первичном иммунном ответе принадлежит к IgM- классу. IgM-антитела обладают высокой способностью связывать комплемент, агглютинировать и лизировать клетки-мишени. В то же время они обладают относительно низким сродством к антигену, причем оно не возрастает в процессе иммунного ответа (отсутствует созревание аффинитета). Недостаточная функциональная эффективность IgM-антител обусловлена также отсутствием на эффекторных клетках иммунной системы рецепторов для Fc-части молекулы IgM. Тем не менее роль IgM-антител в экстренной защите организма на ранних этапах иммунного ответа достаточно велика.
IgG-антитела, на долю которых приходится основная часть антител на поздних этапах первичного и при вторичном иммунном ответе, обладают рядом преимуществ перед IgM-антителами. В то же время субтипы IgG различаются по эффекторным свойствам. Так, IgG1 и IgG3 весьма эффективны в привлечении фагоцитов и киллерных клеток (эти иммуноглобулины распознаются Fcy-рецепторами различных типов), а также в активации комплемента. IgG1 составляют более половины всех антител, образующихся при иммунном ответе. Защитная активность IgG2- и IgG4-антител выражена незначительно в связи со слабым взаимодействием с Fcy- и рецепторами комплемента. Их роль состоит преимущественно в прямой нейтрализации патогенов. IgG2-антитела чаще всего специфичны к углеводным детерминантам.
IgA — основной иммуноглобулин секретов слизистых оболочек и главный фактор их специфической защиты, о чем уже упоминалось выше. Секреторный IgA связывается с поверхностью патогенов, блокируя их адгезию на слизистых оболочках и подвижность. Таким образом, секреторный IgA участвует в формировании иммунной защиты слизистых оболочек. Назначение сывороточного IgA менее понятно, особенно если учитывать его слабую способность взаимодействовать с Fc-рецепторами и активировать комплемент. Содержание IgD и IgE в сыворотке крови очень низко. IgD экспрессируется в составе BCR; роль IgD в сыворотке крови не установлена. Несмотря на то, что IgE является минорным компонентом сывороточных иммуноглобулинов, он обладает значительной активностью в защите от паразитов. IgE играет ключевую роль при аллергии немедленного типа, в контексте которой он и будет рассмотрен более детально (см. раздел 4.5.1.3).
Аллотипия и идиотипия
Генетически обусловленная вариабельность константных доменов или каркасных участков V-доменов проявляется в варьировании антигенных свойств иммуноглобулинов, называемом аллотипией. Как правило, аллотипические детерминанты различаются по 1—2 аминокислотным остаткам. Описаны аллотипические системы для разных цепей — к (Km, или Inv), у (Gm; имеет 24 аллельных варианта), а (Ат), ц, а также V-доменов. Функциональная значимость аллотипии не установлена. Аллотипы используют в качестве генетических маркеров молекул иммуноглобулинов в популяционных исследованиях.
Отражением структурного разнообразия антигенсвязывающего участка иммуноглобулинов-антител является их идиотипическое разнообразие. Если рассматривать антитела как молекулы с антигенными свойствами, то естественно предположить, что антигенная специфичность их вариабельных участков будет практически уникальна. Антигенные детерминанты — эпитопы, локализующиеся в вариабельных зонах иммуноглобулинов, называют идиотопами, а соответствующие антигенные варианты иммуноглобулинов — идиотипами.
Некоторые идиотипы характерны для практически всех антител данной специфичности, вырабатываемых в организмах генетически однородных животных. Таков идиотип Т15, свойственный антителам к фосфорилхо- лину, продуцируемым у мышей линии С57BL/6. Молекулы антител имеют перекрестно реагирующие (общие) и индивидуальные (частные) идиотипы. Общие идиотипы характерны для антител к распространенным антигенам. Частные идиотипы служат уникальными маркерами антител. Активные центры антител к некоторым идиотипам по крайней мере частично воспроизводят пространственную структуру антигена, против которого направлены антитела, несущие этот идиотип. Такие антиидиотипические активные центры обозначают как внутренний образ антигена. Однако полное совпадение пространственной структуры антиидиотипа и антигена невозможно, поскольку антигенный эпитоп практически всегда имеет выпуклую форму, а активный центр антител — вогнутую. Антиидиотипические антитела играют важную роль в регуляции гуморального иммунного ответа (см. раздел 3.6.6.3).